1前言

　　“生物活性炭”（BiologicalActivatedCarbon，BAC）技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的去除水中有機(jī)污染物的一種新技術(shù)。目前，世界許多國家已在污染水源凈化、工業(yè)廢水處理及污水再利用的工程中得到應(yīng)用。生物活性炭技術(shù)即為利用粒狀活性炭巨大比表面積及發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)，對水中有機(jī)物及溶解氧有很強(qiáng)的吸附特性，將其作為生物載體替代傳統(tǒng)的生物填料，并充分利用活性炭的吸附以及活性炭層內(nèi)微生物有機(jī)分解的協(xié)同作用。同時BAC法?？梢匀コ钚蕴亢蜕锓▎为毷褂脮r不能去除的污染物，且其處理效率也較兩者單獨使用時高。這種處理方法即稱為生物活性炭處理。生物活性炭法是近年來發(fā)展起來的一種新型水處理工藝，已在世界上許多國家采用，尤其在西歐更為廣泛。該工藝的研究在我國已有十多年的歷史，目前已進(jìn)入實用階段。雖然其作用機(jī)理依據(jù)不同的使用場所不同國內(nèi)外理論界解釋不盡一致，但實際應(yīng)用中所表現(xiàn)出來的去除效率高、操作管理簡便、活性炭使用周期大大延長和運行成本低等優(yōu)點已被公眾所認(rèn)同。

　　盡管生物活性炭技術(shù)在源水處理過程中得到了有效普及利用，可傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)仍局限在活性污泥法、生物膜法上，工業(yè)生產(chǎn)的快速增長和水資源的日益短缺一定程度上加快了污水深度處理技術(shù)的發(fā)展，以粒狀活性炭為填料對二級生化處理后的出水進(jìn)行深度處理也引起了人們的廣泛注意，生物活性炭以其出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠、無異味、處理成本低而逐步在生活污水、印染廢水、石化廢水等多種廢水深度處理中得到應(yīng)用。

　　2生物活性炭技術(shù)在水處理中的作用機(jī)理

　　2.1生物活性炭的吸附機(jī)理

　　傳統(tǒng)意義上活性炭吸咐作用的工序和機(jī)理主要是考慮到活性炭表面的大孔隙和巨大比表面積的吸附作用，以及活性炭內(nèi)部細(xì)孔內(nèi)進(jìn)行的吸附。從生物活性炭流掉的生物，與過濾速度的變化和濁度的增加有影響，一般來說范圍為50～1000個/ml。生物活性炭過濾不僅利用了活性炭具有巨大表面吸附作用和各種基團(tuán)的靜電親和力，對水中殘余物質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步吸附，而且利用生長在其上的微生物分解水中殘余有機(jī)物，更加保證了飲用水處理的徹底性，大大降低了后續(xù)用氯氣消毒產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的可能性，增加了飲用水的生物穩(wěn)定性。

　　除了孔隙特征以外，活性炭對有機(jī)物的去除也受有機(jī)物特性的影響，主要是有機(jī)物的極性和分子大小的影響。同樣大小的有機(jī)物，溶解度越大、親水性越強(qiáng)，活性炭對其的吸附性能就越差；反之對溶解度小、親水性差、極性弱的有機(jī)物卻具有較強(qiáng)的吸附能力。試驗結(jié)果表明[5]，活性炭對分子量在500～3000的有機(jī)物有十分明顯的去除效果，去除率一般為70%～86.7%，而對分子量小于500和大于3000的有機(jī)物則達(dá)不到有效去除的效果。

　　2.2生物氧化和活性炭吸附聯(lián)合作用機(jī)理

　　國內(nèi)外多項研究結(jié)果論述了生物活性炭對有機(jī)物的吸附作用機(jī)理，結(jié)論表明該技術(shù)可看作是物理吸附和生物降解的簡單組合。吸附飽和的生物炭在不需要再生的情況下，可利用其生物降解能力，繼續(xù)發(fā)揮控制污染物的作用，這一點正是其它方法所不具備的。

　　在生物預(yù)處理和常規(guī)處理工藝之后采用生物活性炭作為深度處理，較之單獨增設(shè)生物預(yù)處理工藝具有以下優(yōu)點。

　　（1）增加了水中溶解性有機(jī)物的去除效率，提高了出水水質(zhì)；

　?。?）水中氨氮可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，從而減少了后氯化的投氯量，對三鹵甲烷的生成起到進(jìn)一步的抑制作用；

　　（3）對活性炭而言，延長了活性炭的再生周期，減少了運行費用。

　　大量的試驗結(jié)果表明：活性炭具有良好的脫除余氯的能力，可將余氯由0.15mg/L降至0.01mg/L；在有機(jī)物大部被去除的情況下，出廠水投加0.18mg/L以下的ClO2，通過控制一定的回流比，可以保證較高的衛(wèi)生學(xué)安全性且口感良好。通過各單元的處理可以將濁度降至0.01NTU以下。

　　2.3影響生物活性炭去除有機(jī)物的因素

　?。?）濾速的影響

　　隨著停留時間的增加，CODCr和UV254的去除率有一定程度的提高，但有機(jī)物去除率的增加并不與停留時間的增加成正比。試驗表明，當(dāng)濾速為5m/h時，即炭層停留時間為12min時，生物活性炭—砂濾柱獲得較為理想的去除效果。

　?。?）濾層深度的影響

　　生物活性炭對CODCr的去除是微生物的生物氧化降解作用的結(jié)果，因而與生物量沿濾層深度的分布密切相關(guān)。為了便于研究CODCr隨濾柱深度的沿程去除情況，比較了各取樣口的CODCr去除率。

　　2.4生物活性炭反沖方式的研究

　　在生物活性炭深度處理港口生活、含油污水技術(shù)應(yīng)用中，生物活性炭(BAC)濾池的反沖洗問題非常棘手又亟需解決。隨著BAC濾池運行時間的延長，炭粒表面和濾床中積累的生物和非生物顆粒量不斷增加，導(dǎo)致炭粒間隙減小，影響濾池的出水水質(zhì)和產(chǎn)水量。反沖洗方式與相關(guān)參數(shù)直接影響B(tài)AC濾池的運行效果和成本。有研究表明，采用單獨水沖的濾池出水中生物可同化有機(jī)碳(AOC)和細(xì)菌量高于采用氣水聯(lián)合反沖的濾池，而充分去除過量的生物膜是保證濾池成功運行的重要前提。

　　綜合各項研究結(jié)果表明，應(yīng)用于水處理過程中的生物活性炭在運行時的反沖洗方式應(yīng)滿足并遵循下述條件。

　　（1）炭粒表面生物顆粒的脫附難于非生物顆粒，建議生產(chǎn)中反沖洗結(jié)束的控制指標(biāo)為反沖廢水濁度達(dá)到3～5NTU。

　?。?）兩段式氣、水聯(lián)合反沖洗的效果優(yōu)于單獨水反沖，并可節(jié)約耗水量，推薦采用先以高強(qiáng)度空氣擦洗、再以微膨脹水漂洗的方式。適宜的氣沖強(qiáng)度為11～14L/(m2•s)、歷時為3～5min，水沖強(qiáng)度為8L/(m2•s)、歷時為5～7min。

　?。?）如采用單獨水反沖，建議適宜的反沖強(qiáng)度為12～14L/(m2•s)、濾層膨脹率為20%左右，反沖歷時為6～8min。

　　（4）炭床上表面與反沖廢水排水槽間的高度差對反沖洗效果有一定影響，實際應(yīng)用中以1.5～2.0m為宜。