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(duì)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(shí)BAC法�？梢匀コ钚蕴亢蜕锓▎为�(dú)使用時(shí)不能去除的污染物，且其處理效率也較兩者單獨(dú)使用時(shí)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(shí)用階段。雖然其作用機(jī)理依據(jù)不同的使用場(chǎng)所不同國內(nèi)外理論界解釋不盡一致，但實(shí)際應(yīng)用中所表現(xiàn)出來的去除效率高、操作管理簡(jiǎn)便、活性炭使用周期大大延長和運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)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(duì)二級(jí)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?jī)?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(gè)/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(duì)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(duì)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(duì)其的吸附性能就越差；反之對(duì)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(yàn)結(jié)果表明[5]，活性炭對(duì)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(duì)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(xiàng)研究結(jié)果論述了生物活性炭對(duì)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(jiǎn)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(diǎn)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(dú)增設(shè)生物預(yù)處理工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（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)；

（2）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(duì)三鹵甲烷的生成起到進(jìn)一步的抑制作用；

（3）對(duì)活性炭而言，延長了活性炭的再生周期，減少了運(yùn)行費(fèi)用。

大量的試驗(yàn)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

（1）濾速的影響

隨著停留時(shí)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(shí)間的增加成正比。試驗(yàn)表明，當(dāng)濾速為5m/h時(shí)，即炭層停留時(shí)間為12min時(shí)，生物活性炭—砂濾柱獲得較為理想的去除效果。

（2）濾層深度的影響

生物活性炭對(duì)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(yùn)行時(shí)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(yùn)行效果和成本。有研究表明，采用單獨(dú)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(yùn)行的重要前提。

綜合各項(xiàng)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(yùn)行時(shí)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。

（2）兩段式氣、水聯(lián)合反沖洗的效果優(yōu)于單獨(dú)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(shí)為3～5min，水沖強(qiáng)度為8L/(m2•s)、歷時(shí)為5～7min。

（3）如采用單獨(dú)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(shí)為6～8min。

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

3生物活性炭技術(shù)在港口廢水處理及廢水再利用工程中的應(yīng)用

由于生物活性炭的吸附容量與單純活性炭吸附容量對(duì)比，前者比后者提高2～30倍，生物活性炭所表現(xiàn)出來的具有微生物和活性炭的疊加和協(xié)同作用已在水處理工程中得到推廣和延伸。該工藝對(duì)城市污水、工業(yè)廢水的處理及深度處理后再利用更為安全適用，對(duì)難生物降解而可吸附性好的污染物，亦有很好的去除效果。

3.1生物活性炭技術(shù)在港口回用水處理中的應(yīng)用

近年來隨著交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，港口用水日趨緊張。將港區(qū)辦公樓、輔助用房所排放的生活污水進(jìn)行深度處理滿足于生活雜用水和港區(qū)景觀補(bǔ)充用水、綠化用水等，既有效減輕了污水排放對(duì)海域水體環(huán)境的污染影響，又能節(jié)約大量的城市自來水，有利于創(chuàng)建綠色港口、節(jié)約型港口和保持港口的可持續(xù)發(fā)展。

我們?cè)谀掣蹍^(qū)生活污水回用處理工程中選取生物活性炭和臭氧氧化消毒聯(lián)用工藝，作為深度處理工藝，該項(xiàng)工藝表現(xiàn)出了巨大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，具有操作管理簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)行效果穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。其具體處理工藝流程為：

一年多來的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，生物活性炭是一種高效的水處理技術(shù)，充分利用活性碳的吸附性能和微生物的生物降解性能，在好氧環(huán)境下，它以粒狀活性炭為微生物載體，在內(nèi)循環(huán)生物活性炭區(qū)形成顆粒污泥和顆粒污泥層，通過活性炭和微生物的協(xié)同作用，達(dá)到對(duì)可生物降解和難于生物降解有機(jī)物的高效去污處理，可以保證出水色度和消除異味，無需更換活性炭或?qū)ζ溥M(jìn)行物化再生。

3.2生物活性炭技術(shù)在港口含油污水處理中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的含油污水處理技術(shù)多是以吸附、聚結(jié)、凝聚等物理化學(xué)處理方式為主，近年來隨著環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，單純的物理、化學(xué)處理技術(shù)僅能保證出水水質(zhì)中油類物質(zhì)的達(dá)標(biāo)排放，對(duì)于好氧類有機(jī)污染物卻往往超標(biāo)排放，嚴(yán)重影響附近水域水質(zhì)。同時(shí)由于多數(shù)港口企業(yè)所排放的含油廢水具有水質(zhì)、水量波動(dòng)幅度大，生化指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定且不太高，如采取傳統(tǒng)的生化處理工藝去除廢水中的有機(jī)好氧物，將帶來一系列運(yùn)行、管理、操作問題，進(jìn)而影響出水水質(zhì)，生物活性炭技術(shù)由于其獨(dú)特的處理機(jī)理和穩(wěn)定可靠的出水水質(zhì)、靈活的啟動(dòng)方式而引起人們的日益關(guān)注。

4結(jié)論

生物活性炭作為一項(xiàng)新型水處理技術(shù)，在未來的水處理工程實(shí)踐中，將會(huì)在港口水處理中得到大力開展應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和水質(zhì)指標(biāo)的逐步提高，由于新型填料-生物活性炭的應(yīng)用，使得該項(xiàng)技術(shù)無論是在廢水處理工藝選擇中都具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

（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)。

（2）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(duì)三鹵甲烷的生成起到進(jìn)一步的抑制作用。

（3）對(duì)活性炭而言，延長了活性炭的再生周期，減少了運(yùn)行費(fèi)用。

（4）生物活性炭作為飲用水深度處理工藝，碘值及亞甲基藍(lán)值對(duì)這一工藝單元影響甚微，生物活性炭主要是靠生物的作用而對(duì)水中有機(jī)污染物進(jìn)行分解，吸附作用處于次要地位。因此，對(duì)于初期活性炭的選擇可主要從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)加以選擇。

（5）生物活性炭的運(yùn)行周期一般都長達(dá)3至4年，如果考慮每年對(duì)破損炭、反沖洗流失炭5%左右的更換和補(bǔ)充。因此，對(duì)生物活性炭運(yùn)行失效指標(biāo)的監(jiān)控，在有條件的情況下可定期測(cè)試TOC值及BOD5值。在COOMn、UV254指標(biāo)連續(xù)下降的情況下，合理及時(shí)的進(jìn)行維護(hù)管理，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行均是十分必要的。

（6）對(duì)于生物活性炭的沖洗需采用較高的強(qiáng)度以利于較薄的生物膜的形成，并可起到減少運(yùn)行中阻力和保持微生物活性的作用。

5參考文獻(xiàn)

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