生物活性炭濾池在水處理中的應用

　　在活性炭巨大的表面上附著大量的好氧微生物，以吸附在活性炭表面的有機物為養料逐漸形成生物膜，使得活性炭具有明顯的生物活性，因此被稱之為生物活性炭濾池。簡言之，生物活性濾池就是用活性炭替換普通快濾池中的石英砂填料，利用活性炭易于生長生物膜的特性，降解污水中的有機污染物。生物活性炭濾池是通過活性炭吸附、臭氧氧化和生物降解的協同作用來完成對有機物的去除，水中有機物不斷地被吸附到活性炭表面，有機物與生物膜的接觸時間得到了充分的保證，從而使生化有機物的效率得到大幅度提高，吸附在活性炭上的有機物被生化降解的同時，其吸附能力也隨之得以恢復。國內外研究也表明，炭濾池中生長的大量微型生物是生物活性炭濾池處理效率得以提高和使用周期能夠延長的主要因素。

　　1 生物活性炭濾池在給水深度處理中的應用

　　臭氧生物活性炭是當前國內外飲用水深度處理的主流工藝之一。 臭氧生物活性炭技術是將臭氧化學氧化、活性炭物理化學吸附、生物氧化降解進行聯合使用。在生物活性炭吸附前增設臭氧預氧化，不僅可以初步氧化水中的有機物及其他還原性物質，以降低生物活性炭濾池的有機負荷;還可以使部分難生物降解有機物轉變為易生物降解物質，從而提高生物活性炭濾池進水的可生化性[2]。劉帥霞和汪蕊[3] 對飲用水進行深度處理時采用了臭氧-生物活性炭工藝，研究結果表明：該工藝對CODMn、UV254、三鹵甲烷生成勢( THMFP) 、藻類和濁度的平均去除率分別為46. 5%、46. 5%、45. 6%、91. 2%和98%，最終出水濁度為0.2NTU，CODMn ≤3mg/L，顯著提高了飲用水的安全性。王蕾和范國翔[4]報道了臭氧-生物活性炭工藝在某居住區直飲水工程中的應用情況，介紹了該水廠主要處理單元的設計尺寸、運行參數以及該工藝對飲用水中主要污染物的去除效果，出水水質符合國家《飲用凈水水質標準》CJ 94-2005。張金松等 [5]研究發現采用臭氧化工藝對三鹵甲烷前質和鹵乙酸前質均具有很好的去除效果;生物活性炭工藝對鹵乙酸前質表現出較好去除效果，但對三鹵甲烷前質的去除效果有限，該工藝有利于提高出水的生物穩定性，并明顯降低水的致突變活性。臭氧-生物活性炭還被成功用于處理呈現高藻、高有機物、高氨氮 “三高”特征的太湖水處理中，為類似水廠的深度處理改造提供經驗和示范[6]。針對目前以黃河水為源水的自來水廠水質不甚理想的情況，張可欣[7]采用生物活性炭濾池對受污染黃河水中有機物進行了深度處理。研究結果表明：該濾池對有機物的去除效果較好，其對CODMn、UV254、總藻、Chla、三氯甲烷生成勢、色度的去除率分別為15.7%～ 38.8%、24.7%～49.7%、24%～ 100%、30%～ 87.8%、20. 6%～ 46.6%、2 5%～ 66.6%。臭氧―生物活性炭深度處理工藝具有諸多的優點，但在應用過程中也會發生活性炭濾池生物泄漏、溴酸鹽超標、中間提升泵房運行不穩定等問題，袁煦等[8]針對上述問題提出了防止生物泄漏、溴酸鹽超標等設計優化和改進措施，為臭氧―生物活性炭工藝更加科學合理的運用提供依據?？傊?，臭氧化生物活性炭處理工藝充分發揮了臭氧化和生物活性炭兩種水處理技術的優點，并相互促進和補充，是一種高效的除污染技術，能夠充分保證飲用水的安全性。

　　2 生物活性炭濾池在污水深度處理中的應用

　　針對石化廢水中不同特征污染物，姚宏等[9]采用人工分離篩選去除COD和油工程菌6株、硝化工程菌10株(亞硝化細菌5株、硝化細菌5株)構建高效混合菌群，通過臭氧固定化生物活性炭濾池除污染效能中試研究表明，該系統能同時去除COD、油類、NH3-N 等污染物，對COD、油類、NH3-N和色度的平均去除率分別為73.0%、90.5%、81.2%和90%，相應的出水分別為33.2 m g /L、0.4 m g /L、4.5 m g /L和10倍，各項指標均達到了國家循環冷卻水的用水要求。該系統可用于深度處理石化難降解有機廢水，它的推廣應用必將帶來顯著的環境效益、社會效益和經濟效益。為使廢紙紙漿造紙廢水的生化二沉池出水達到工業回用要求或生活雜用水標準，吳迪等[10]采用Ca(OH)2和PAM 進行混凝，再利用O3/UV 組合高級氧化技術進行深度氧化，最后通過生物活性炭濾池處理，使出水COD<50 mg/L，去除率達79.1%，達到城市污水再生利用工業用水水質標準，且出水pH 無需調節，SS<10 mg/L，堿度<100 mg/L。劉銳等[11]在規模為36 m3 /d 的中試基地，研究了臭氧投加量對臭氧/生物活性炭工藝深度處理某印染制革工業園區污水廠生化處理出水效果的影響。研究發現，臭氧的最佳投量為25 mg /L，對COD、色度、TOC、UV254的去除率分別為17.4%、54.3%、14.7%和47.5%。在系統穩定運行期間，當進水COD 和色度平均值分別為100 mg /L 和112.5倍時，出水水質分別為50 mg /L 和5倍，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》( GB 18918―2002) 中的一級B 標準。生物活性炭濾池還可用于深處處理平絨印染廢水[12]、二級生化后的紗線筒子染色廢水[13]、制革廠的生化出水[14]。

　　3 生物活性炭濾池中無脊椎動物

　　劉麗君等[15] 探討了南方兩座臭氧生物活性炭深度處理水廠生物活性炭濾池中無脊椎動物的來源及其生長繁殖特點。發現生物活性炭濾池在運行過程中會孳生無脊椎動物，無脊椎動物的絕對優勢類群為輪蟲，其次是甲殼類浮游動物?？刂粕镌谒幚硐到y繁殖和穿透的重要措施是采用氯等化學藥劑在取水口或泵站滅活原水中的甲殼類動物;解決甲殼類動物穿透的根本途徑是優化砂濾池的運行參數并加強管理，控制生物進入生物活性炭濾池。對于生物活性炭中孳生的甲殼類浮游動物，可采用藥劑反沖洗和藥劑浸泡進行去除和滅活。

　　4 生物活性炭濾池反沖洗

　　為了保證生物活性炭濾池的高效運行，需要對其進行適宜的反沖洗，鐘高輝[1]研究了不同反沖洗方式對傳統及新型中置生物活性炭濾池兩種系統運行的影響。對于傳統 O3-BAC 工藝，反沖洗不僅能夠緩解和減少微型生物穿透，還利于工藝的優化控制。在南方典型濕熱地區，當縮短反沖洗周期至 3～5天時濾池出水中的肉眼可見微型生物會大量減少，若反沖洗時加氯可進一步控制微型生物滋生;在水沖洗階段采用低-高-低強度組合的水沖洗方式，可將炭濾池沖洗得更干凈，而且有利于改善初濾水水質。對于新型中置生物活性炭濾池工藝，優化的反沖洗方式能保證生物活性炭濾池高效運行。研究表明，最佳反沖洗方式為氣-水聯合反沖洗，反沖洗周期可延長到 7 天，并且能有效控制水頭損失;反沖洗后炭濾池的初濾水被后置砂濾池處理，不會對系統最終出水水質造成影響。

　　5 生物活性炭濾池換炭方式

　　活性炭具有一定的使用壽命，當活性炭失效需要更換時，究竟是全部更換還是部分更換這將直接影響到經濟成本和處理效果。為此，張群等[16]開展了換炭方式的中試研究，3根生物活性炭柱中分別裝填1 /3新炭、2 /3舊炭( 1#炭柱);2 /3新炭、1 /3舊炭( 2# 炭柱);全新的云光炭( 3#炭柱)。在1#和2# 炭柱中，舊炭裝填在炭柱下層。結果表明：裝填1 /3舊炭、2 /3新炭的2#炭柱的處理效果接近于裝填全部新炭的3#炭柱。因而從經濟運行的角度考慮，可以考慮在保證處理效果的同時更換部分舊炭，這樣可降低制水成本。

　　6 結論

　　生物活性炭濾池利用活性炭高比表面積、高孔隙率的特點，能富集微生物、迅速吸附水中溶解性有機物，為微生物的聚集和繁殖提供了良好的場所，微生物吸附到活性炭上的有機污染物進行降解，從而達到處理污水中有機污染物的目的[13]。在具體應用時還應依據水質特點與其它工藝聯合使用以達到好的處理效果。

　　參考文獻：

　　[1] 鐘高輝. 南方典型濕熱地區給水生物活性炭濾池反沖洗方式研究[D].華南理工大學碩士學位論文，2012.

　　[2] 張朝暉，呂錫武. 飲用水深度處理技術進展[J].電力環境保護，2004，20(2)：41-44.

　　[3] 劉帥霞，汪蕊. 預臭氧與生物活性炭工藝深度處理飲用水的研究[J].能源環境保護，2007，21(4)：40-42，44.

　　[4]王蕾，范國翔. 臭氧―生物活性炭工藝在直飲水廠中的應用[J].2006，12(3)：211-214.

　　[5] 張金松，董文藝，張紅亮，范潔，馬軍. 臭氧化―生物活性炭深度處理工藝安全性研究[J]. 給水排水，2003，29(9)：1-4.

　　[6] 鐘燕敏，周建平，沈裘昌，徐鑫. 微污染高藻湖泊水的深度處理工程設計[J]. 中國給水排水，2007，23(18)：39-42.

　　[7] 張可欣. 生物活性炭濾池去除微污染有機物的研究[J].青島理工大學學報，2006，27(3)：74-76.

　　[8] 袁煦，鄭志民，黃天寅，王縱，鄔亦俊. 臭氧―生物活性炭深度處理工藝的一些改進措施及工程應用[J]. 給水排水，2012，38(增刊)：240-243.

　　[9] 姚 宏，馬 放，田 盛，李圭白. 臭氧―固定化生物活性炭濾池深度處理石化廢水的試驗研究[J]. 環境污染治理技術與設備，2005，6(5)：83-86.

　　[10] 吳迪，張璇，孫星凡，李天增. O3/UV+BAC 深度處理廢紙制漿造紙廢水[J].工業水處理，2009，29(1)：39-42.

　　[11] 劉銳，程家迪，余彬，李昌湖，冉坤，范舉紅，陳呂軍. O3 /BAC 工藝深度處理某工業園區廢水的效果[J]. 中國給水排水，2012，28(15)：16-20.

　　[12] 賈躍然，代學民，高品. 生物活性炭深度處理印染廢水的研究[J]. 河北建筑工程學院學報，2008，26(3)：43-46.

　　[13] 李俊生，楊波，陳曄，婁云鵬. 生物活性炭濾池深度處理紗線筒子染色廢水研究[J].水處理技術，2011，37(3)：108-111.

　　[14] 余彬，劉銳，程家迪，李昌湖，冉坤，范舉紅. 臭氧氧化―生物活性炭濾池深度處理制革廢水二級出水[J].化工環保，2012，32(1)：39-43.

　　[15] 劉麗君，張金松，安娜，喬鐵軍，李小偉，蘇洪濤. 生物活性炭濾池中無脊椎動物孳生問題與對策[J].給水排水，2009，35(3)：14-18.

　　[16] 張群，陳偉，楊玲，董秉直，羅啟達，范瑾初. 生物活性炭濾池的換炭方式研究[J]. 中國給水排水，2007，23(5)：101-103.、