生物活性炭技术在水处理中的研究与应用进展

生物活性炭技术在水处理中的研究与应用进展

申秋华1马振超2

1.海军勤务学院海防工程系天津市300450；2.中海油能源发展股份有限公司天津市300450

摘要：介绍了生物活性炭技术的原理、生物再生机理以及形成方法、间歇期保存方法和微生物泄漏控制措施。认为今后的主要研究内容包括活性炭的生物再生机理，建立污染物去除的吸附、解吸、生物降解、传质等过程的数学模型，活性炭自身的材质、孔径分布、表面性状以及吸附能力对生物膜的形成、有机物去除效果的影响，以及生物膜厚度的控制措施等。

关键词：生物活性炭；水处理；微污染水源水；工业废水；生活污水

引言：生物活性炭（BAC）这一概念于1978年由美国学者MILLER和瑞士学者RICE提出。但早在20世纪60年代，欧洲的一些国家就开始利用此技术进行废水的深度处理，我国对BAC技术的研究与应用也有30余年，技术已相对成熟，被广泛运用于微污染原水、工业废水和生活污水的处理过程中，取得了令人满意的处理效果。本文介绍BAC技术的主要应用领域，详细叙述了BAC法在饮用水，生活污水和工业废水等废水处理中的研究与应用进展，并指出该技术存在问题以及未来的研究方向，以期为BAC技术的研究与应用提供一定的参考价值。

1.BAC技术的主要应用领域

1.1用于饮用水处理

饮用水在进入城市污水管网之前一般需要进行消毒处理,而消毒后的副产物(DBPs)、三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)等对人体有较强的毒害作用,采取有效工艺降低饮用水中DBPs浓度成为目前研究的热点之一。T.Ramn等运用基于紫外-过氧化氢的预氧化法(AOP),结合生物活性炭技术处理饮用水中的DBPs、TOC和UV254,与未经处理的原水相比,这3种污染物质的浓度分别减少了43%、52%和59%,去除效果明显。刘军等实验证明,臭氧-活性炭工艺是去除饮用水中微量邻苯二甲酸酯的有效方法。2002年10月上海杨树浦水厂和南市水厂,采用BAC技术处理原水,各项出水指标均达到了国际先进水平。

1.2用于生活污水处理

H.Fr.Schroder采用O3-BAC法处理城市生活污水,实验结果表明:该技术对烷基苯化合物及其降解产物等极性化合物的去除效率更好。施红等探讨了粒状生物活性炭(GBAC)和固定粉状生物活性炭(IPBAC)对生活废水中CODMn的处理效果。结果表明,GBAC和IPBAC中微生物的生长(UV254)与运行周期密切相关。GBAC和IPBAC运行初期,炭表面的生物膜逐步形成,微生物不稳定,从而导致UV值波动较大。随着运行周期的延长,生物膜生长逐步趋于稳定。随着炭层高度的增长,生物活性炭对COD的去除率也提高。GBAC与IPBAC对CODMn都有很高的去除率,但GBAC对CODMn的去除率高于IPBAC。陆德滨用生物活性炭方法处理洗浴污水,出水的pH、SS、COD、BOD5、合成洗涤剂等各项指标均能达到排放标准。

1.3用于工业废水处理

1.3.1印染废水

印染废水水量大、有机污染物含量高、色度深、水质变化大,是难处理的工业废水之一。G.M.Walker等研究了生物活性炭搅拌池反应器对印染废水的处理效果,并对生物砂床+单纯活性炭、BAC、生物砂床、单纯活性炭吸附及单纯生物降解等工艺进行了平行对比实验。试验结果见表1。结果表明,5种处理方法均能起到脱色作用,但是过了初始阶段,生物活性炭对染料的去除率明显高于其他方法。田晴等采用上流式曝气生物活性炭法处理印染废水二级生物处理出水,利用TTC-脱氢酶活性(DHA)法监测了生物活性炭反应器内的活性分布,同时利用该法证明了活性炭的吸附功能对附着生物膜活性的影响,以及反应器反冲洗对生物膜活性的影响,为生物活性炭法有效地去除印染废水中难降解的有机物提供了理论依据。

表1不同工艺对染料废水中染料的去除速率mg/h

注:Vo为染料去除速率;TB4R为酸性蓝,TB2R为酸性红,TO3G为酸性橘黄。

1.3.2含油废水

李伟光等采用人工固定生物活性炭处理含油废水,油去除效率达80%～95%,COD平均去除率达53%,出水油质量浓度小于5mg/L,试验结果表明,该工艺对污染物的去除效果明显高于颗粒活性炭和传统的二级气浮工艺。李安捷等用果壳颗粒活性炭为载体的内循环流化床反应器工艺,在好氧条件下净化采油废水。结果表明,果壳粒状活性炭投加质量分数为15%时处理效果较好,最优化水力停留时间为5h。借助有机物的表征参数COD、UV254、UV410、有机酸以及GC/MS分析方法对该工艺净化采油废水中的有机物能力进行了研究。结果表明,其对COD的去除率为25%~45%,UV254、UV410和有机酸的平均去除率分别为85.9%、73.6%和51.5%,油去除率达100%,但很难去除长链烷烃。研究还发现,由于采油废水中含有某些高浓度的无机离子,如Ca2+、Cl-,占据了活性炭吸附活性中心,从而对活性炭吸附和降解有机物的性能产生不利影响,采油废水温度较高也是影响生物活性炭处理效果的一个因素。

1.3.3制药废水

制药废水一直是废水处理中的难题,其含有机物种类多、浓度高、色度深、固体悬浮物质浓度高、组分复杂,且含有许多难降解物质和抑制细菌生长的抗生素。比利时Gent大学研究的生物活性炭过滤器系统(BACOF)在处理制药废水上取得了良好的效果,制药厂废水经生化处理后,若再经BACOF工艺处理,则出水对鱼类无毒害作用。P.A.CBonné等采用活性炭生物膜(BACF)法与反渗透法组合处理含杀虫剂的污染水,对杀虫剂的去除效率高达99.5%,且O3-BACF的作用明显减轻了反渗透膜的污染问题,处理效果优良且稳定。R.Vahala等研究了臭氧-双级活性炭法,结果表明其对废水中可同化有机碳(AOC)的处理效果更好(出水AOC<10μg/L)。胡妙生采用厌氧生物活性炭流化床处理制药厂生产氯苯胍和络硝咪唑两个车间的排放液。试验结果表明,相对于其他厌氧工艺,该工艺停留时间短,耐冲击负荷大,在高进水负荷下出水稳定,COD去除率达80%以上。某制药厂废水经BACOF处理后的效果见表2。

表2BACOF工艺对制药厂废水的处理效果

注:进水pH=7.8,出水pH=7.2。

2结语

由于国内外对BAC研究工作的重视,BAC技术作为一种低能耗、无污染的绿色处理技术,其工艺和实际应用水平在不断提高,将更广泛地应用于工业废水和生活废水处理中。我国生活饮用水新标准即将出台,其中常规检验项目由原先的35个增加到42个,并增加非常规检验项目63个,在新标准中首次对亚硝酸盐、溴酸盐、贾第虫、隐孢子虫以及镉等物质的标准限值作出规定。可以预见,BAC技术在保障饮用水安全方面需要更进一步的研究,以使其发挥更大的作用。

参考文献

[1]聂凤明.生物活性炭技术在水处理中的应用现状与前景[J].南方冶金学院学报,2005,26(4):40-44.

[2]杜敬,陆少鸣.臭氧在生物活性炭工艺中的作用[J].工业水处理,2005,25(6):64-66.