生物活性炭技术在水处理中的研究与应用
⇨⇦
张永林 王继生 杜建平
【摘 要】生物活性炭技术与单一生物法以及活性炭法相比，显著提高了水处理能力以及处理效果，在发达国家的废水回用、工业废水处理以及污染水源净化项目中得到广泛应用。本文从饮用水水源处理、生活污水处理以及工业废水处理三个方面研究了生物活性炭技术在水处理中的应用，具备相当的理论价值与实际价值。
【关键词】生物活性炭技术；水处理；应用
一、引言
生物活性炭技术起源于上世纪70年代，其主要作用机理是利用粒状活性炭的孔隙结构以及其宽大的表面积来吸附水中的有机污染，起到对污水进行高效处理的效果，生物活性炭技术与单独的生物法活性炭法相比，其对污水的处理能力有了明显的提高，处理效果也比较强，在发达国家的废水回收利用、工业废水处理、污染水源净化等项目中得到广泛应用，同时中国也将生物活性炭技术纳入水处理实践。本文论述了生物活性炭技术在水处理中的研究以及应用。
二、生物活性炭技术在水处理中的应用
（一）饮用水源处理
生物活性炭技术在饮用水水源处理中的应用可以有效改善感官指标，提高后续消毒功能，改善饮用水水质。基于生物吸附以及生物降解的工作原理，生物活性炭可以富集饮用水中的微生物，并快速吸附饮用水中溶解的有機物。与此同时，微生物还可以通过吸附在生物活性炭表面的有机物获得营养，并能再生约20%的活性炭。
如今，人们已经从理论和实践中证明了，使用生物活性炭进行生活污水的处理，是一种高效而且环保的处理方式，因为生物活性炭本身的制造过程清洁且环保，不会产生副产品，同时其在去除非离子合成表明活性剂时具有非常好的效果。相关演技显示，使用生物活性炭进行高强度的生活污水处理时，其处理效果好，运行稳定，不易发生波动。
（二）工业废水处理
（1）印染废水
众所周知，印染废水中含有大量的化学染料以及各类化学添加剂，这些物质组成成分复杂，因此具有废水色度高、COD含量高、生化处理困难等一系列特点。如果对此类废水的综合处理工艺采用＂生物活性炭＂、＂酸化预处理＂、＂絮凝过滤＂以及＂生化处理＂，基本上可以满足我国在2005年颁布的《城市循环用水工业用水水质标准》的要求。近几年，这一工艺流程已经在大部分工业废水处理企业中实行。运行结果表明，无论是有机耗氧量、异味还是出水颜色，都能达到相应的标准，且稳定，具有良好的应用效果。当然，生物活性炭技术以及其他工艺的结合也能有效地处理工业废水。例如，由坎特伯雷大学（新西兰）以及贝尔法斯女王大学（英国）联合开发的STR（生物活性炭搅拌罐反应器）就在对于印染废水的处理上取得了优异的成果，研究人员设置了4组对照组进行对比试验，分别为生物活性炭技术、生物砂床技术、纯生物降解技术以及纯活性炭吸附技术。试验取得了以下成果：首先，四种方法对印染废水均有一定的脱色效果。其次，生物砂床技术的应用效果略高于简单生物降解技术，研究人员分析后，认为其主要原因是生物砂床具有较高的生物生长率，这写生物使得有色物质的去除以及生物吸附左右大幅降低。再次，在试验初期，由于生物活性炭中存在着大孔隙，因此这些孔隙很快就会被废水中的营养物完全堵塞，导致其初始的工作效率很低。然而，一旦经过初始阶段，在＂活性炭的生物吸附以及生物降解＂的联合作用下，生物活性炭的脱色效果明显提高，效果显著。第四，如果STR（生物活性炭搅拌罐反应器）工作于高速状态，由于水流速度过快将导致固定床系统的吸附效率以及颗粒活性炭上的过量生物质将显著降低。
（2）制药废水
制药废水与一般生活污水在组成成分上有很多不同，通常来说，其中的有机物颜色深、固体悬浮固体浓度高、有机物种类繁多、有机物浓度高以及固体悬浮固体成分复杂，而且还有能抑制物质降解以及细菌生长的抗生素。常规的污水处理方法通常很难取得显著效果，一些学者使用厌氧生物活性炭流化床处理生产硝基咪唑和氯苯胍的制药厂的废水，试验结果显示，生物活性炭技术出水稳定，稳定性好，污水停留时间短，即可以减少COD含量80%以上。比利时Gen大学使用（生物活性炭氧化过滤系统）处理制药废水。处理结果显示，处理后COD浓度低于25毫克/升，COD去除率为70%。将鱼放入处理过的水中进行检测，没有发现慢性毒性。
（3）含油废水
随着我国国民经济的快速发展，含油废水的排放量日益增加，在钢铁工业、机械工业以及石化工业等的工业废水中常常还有大量的油，对于这些含油废水，如果不进行处理直接将其排入水体，极易造成光照降低，厌氧细菌大量繁殖，水中缺氧，水体生物死亡的问题，从而引发对水体生态环境造成更大的污染。目前，工业现场主要采用吸附技术、聚结技术以及混凝技术等三种方法处理含油废水。然而，这些纯粹的物理以及化学处理技术，只能单方面地保证废水中油类物质达标排放，却无法降低废水中的好氧有机污染物达标排放。因此，如果将此类含有废水直接排入附近的水体，这将不可避免地对附近水域的水质产生重大影响。除此之外，大多数含油废水存在生化指标低以及水量波动大的问题。如果采用传统的生化处理工艺，必然会带来一系列的运行问题、管理问题以及操作问题。但是，生物活性炭技术在这一方面存在明显的优势。一些学者进行了相关的研究实验证明，生物活性炭技术在含油废水的处理效果上明显优于二次气浮工艺以及颗粒活性炭工艺，油膜质量浓度小于5毫克/升，去除水体中的COD53%，去除80%层油膜。此外，一些学者已经推进了石油化工企业含油废水的处理，并且在处理过程中采用了生物活性炭技术。处理结果表明，水体中污染物的去除效果更好，COD去除率为69.6%，含油量、NHS-N、出水COD、BOD、浊度等指标明显高于国家回用水标准。
（4）垃圾渗滤液
影响垃圾渗滤液性质的因素很多，但一般公认可以分为三种，即物理因素、化学因素以及生物因素。相关研究表明，垃圾渗滤液中PH值在4-9之间、COD含量为mg/L、BOD含量通常高达为-mg/L。从其本质上看，垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水，其具体组成成分复杂，处理困难。如果未经有效处理就直接排放，不可避免地会出现环境污染问题。如果将＂生物活性炭技术＂以及＂其他水处理工艺＂一起用于垃圾渗滤液的处理，不仅可以保证可靠稳定的出水，还可以去除其中的所有气味、色度以及难溶物质，为污水处理达标提供了强有力的保障。
三、结语
生物活性炭技术在水处理技术中心具有高去除效率、长使用周期、维护方便、低运行成本以及净化效果好等一众优点，因此，其在未来的工业现场生产过程中有着广阔的发展前景。
【参考文献】
[1]尹宇鹏，任永强.臭氧生物活性炭工艺深度处理微污染原水[J].环境科学与技术.2014，20（07）：131-135.
[2]车春波，苏荣军，聂千.采用生物活性炭法对含油污水进行深度处理[J].炼油与化工.2009，17（01）：123-126.
[3]祝玲，刘文君，袁永钦，林浩添.生物活性炭工艺颗粒物分布及微生物安全性研究[J].给水排水.2009，18（03）：145-148.