固定化生物活性碳对微污染饮用水的深度处理

●Vol．30，No．72012年7月
中国资源综合利用
China Resources Comprehensive Utilization
近年来，我国饮用水水源受到有机污染物的污染问题日益突出，据检测部门报告，流经全国42个大中城市的44条河流有93%被污染。

原水受到生活污水、工业污水、农田排灌污水及垃圾等污染的程度呈加重趋势，特别在暴雨时污染更为明显。

由于常规水处理工艺的局限性，微污染原水中的有机物、色、臭及藻毒素类物质不能有效的去除，使得供水水质难以保证。

在可以增设水处理设备的情况下，活性碳技术作为一种主要的深度处理技术已在欧洲、美国和日本等发达国家得到应用。

固定化技术以去除饮用水中微量有机物，防止三氯甲烷等致畸致癌物质的产生为目的，是目前饮用水深度净化系统中有效的、应用普遍的技术之一［1］，采用筛选、驯化的工程菌，对新GAC 进行固定化，证明是可行的［2］。

1实验部分
1.1
实验项目、方法及仪器设备
实验项目、方法、实验仪器及实验装置见表1、
表2。

表1
实验项目、方法及仪器固定化生物活性碳对微污染饮用水的深度处理
姜春龙，贾立明
（佳木斯市环境保护监测站，黑龙江
佳木斯
154002）
摘要：目前，饮用水水源污染已成为全球范围的主要环境问题之一，而常规水处理工艺已经难以应对当前严重的水体微污染问题。

通过对常规启动的固定化生物活性碳（IBAC ）、非常规启动的固定化生物活性碳（IBAC 新）和普通活性碳（GAC ）对TOC 、UV 254、浊度、氨氮、亚硝酸盐氮等指标的处理效果的比较，得出IBAC 无论在净化效果和运行稳定程度上都优于另两个碳柱。

关键词：生物活性碳；固定化；微污染水中图分类号：X52
文献标识码：B
文章编号：1008－9500（2012）07－0046－04
Effects of Immobilization Biological Activated Carbon on Micro-polluted Water
Jiang Chunlong ，Jia Liming
（Jiamusi City Environment Monitoring ，Jiamusi
154002，Chian ）
Abstract ：Nowadays ，The pollution of drinking source water has been one of the main problems ranged from the world which is hardly solved by traditional water treatment.This paper mainly study the treatment effect of TOC 、UV 254、turbidity 、ammonia 、nitrite nitrogen and other indicators through the conventional activated immobilized biological activated carbon （IBAC ），unconventional activated immobilized biological activated carbon （IBAC new ）and the ordinary activated carbon （GAC ），it is found that the purification effect and the stability of operation of IBAC are better than the other two carbon column.
Keywords ：biological activated carbon ；immobilization ；micro-polluted water
收稿日期：2012－04－24
基金项目：国家“水体污染控制与治理”科技重大专项（2009ZX07207-008）。

作者简介：姜春龙（1961－），男，黑龙江佳木斯人，工学学士，高级工程师，主要从事环境监测研究。

实验项目
实验方法
使用仪器
高锰酸钾指数GB-86（酸性法）
水浴锅
TOC UV-过硫酸盐氧化法
美国Phoenix 8000TOC 仪
UV 254
紫外分光光度法SpectrumLab 22pc
分光光度计
浊度浊度仪测试WTW Turb555浊度仪氨氮纳氏试剂光度法
SpectrumLab 22pc
分光光度计
亚硝酸盐氮GB-86
SpectrumLab 22pc
分光光度计
细菌总数
平板计数法
LRH~250生化培养箱
环境保护
●
表2实验装置
活性碳柱采用规格为ф40×2000mm的有机玻璃柱，碳柱下面有厚度为30mm的卵石作为承托层。

填料层采用粒径为1mm、长度为2～3mm的ZJ-15型颗粒活性碳，该活性碳的碘值和亚甲基兰吸附值分别为940mg/g和195mg/g，填充密度为500kg/m3，填料层高1.0m，进水量为2L/h，水力停留时间为30min。

1.2实验过程
1.2.1工程菌的培养与驯化
本实验利用哈尔滨华春公司培养的已筛选好的用于饮用水处理的工程菌。

将普通培养基按浓度不同编号，从高浓度培养基到低浓度培养基编号为1～5号，从高浓度开始驯化。

首先将筛选的菌种混合到一起以1号培养基作为营养源，培养36h，然后投入2号培养基按同样方法依次类推至5号培养基，培养基浓度逐渐降低，然后从5→4号培养基以同样条件培养，培养基浓度逐渐升高，依次类推至1号培养基，此过程为一个周期。

按上述方法培养4个周期，使筛选的菌能够在原水中较好地生长［3］。

1.2.2载体的选择
选择太原新华化工厂生产的ZJ-15型活性碳作为载体，其孔隙分布见表3。

表3ZJ-15型活性碳孔隙分布
1.2.3工程菌的固定
菌液投入活性碳柱后，循环2h，停止2h，然后重复这一过程。

两天后，将菌液放空，这时的GAC 经人工固定化便形成了固定化生物活性碳。

几种固定化方法的比较见表4。

表4几种固定化方法的比较
1.2.4微污染水的处理过程
将微污染水的原水水样倒入原水箱内，原水水样经过提升泵提升后分别进入3个碳柱。

经过一段时间后，分别从各碳柱的取样口取出经固定化生物活性碳处理的微污染原水水样，进行各指标测试。

2固定化生物活性碳净化效果分析
2.1碳柱对高锰酸盐指数的去除效果
碳柱对高锰酸盐指数的去除效果见图1。

时间（d）
图1碳柱对高锰酸盐指数的去除效果
如图1所示，IBAC对高锰酸盐指数的去除效果最好，GAC效果次之，IBAC新效果相对较差。

2.2碳柱对UV254的去除效果
碳柱对UV254的去除效果见图2。

时间（d）
图2碳柱对UV254的去除效果
如图2所示，IBAC对UV254的去除效果最好，GAC效果次之，IBAC新效果相对较差［4］。

装置编号装置名称个数
1原水箱1
2提升泵2
3曝气头1
4鼓风机1
5调节阀10
6溢流口3
7有机玻璃柱3
8取样口9
孔隙有效半径（埃）孔隙容积（cm2/g）比表面积（%）
微孔18~200.495
过渡孔20~5000.15
大孔500~10000.30.5
性能交联法吸附法共价结合法包埋法制备的难易适中易难适中
结合力强弱强适中
活性保留低高低适中
固定化成本适中低高低
存活力无有无有
适用性小适中小大
稳定性高低高高
载体的再生不能能不能不能
空间位阻较大小较大大
环境保护
第7期姜春龙等：固定化生物活性碳对微污染饮用水的深度处理
●
2.3碳柱对浊度的去除效果
碳柱对浊度的去除效果见图3。

时间（d）
图3碳柱对浊度的去除效果
如图3所示，IBAC和IBAC新出水的浊度大部分都小于GAC出水的浊度。

2.4碳柱对TOC的去除效果
碳柱对TOC的去除效果见图4。

时间（d）
图4碳柱对TOC的去除效果
如图4所示，3个碳柱对TOC的去除效果整体来说同高锰酸盐指数的去除效果类似。

2.5碳柱对氨氮、亚硝酸盐氮的去除效果
碳柱对氨氮、亚硝酸盐氮的去除效果见图5、图6。

时间（d）
图5碳柱对氨氮的去除效果
时间（d）
图6碳柱对亚硝酸盐氮的去除效果
由图5、图6可知，3个碳柱对亚硝酸盐氮均有较高的去除率，对氨氮的去除能力也较好。

并且3个碳柱的处理效果没有明显的差异。

2.6出水细菌总数的测定
20日内各碳柱上细菌总数的变化情况见表5。

表520日内各碳柱上细菌总数的变化情况
由表5可以看出，IBAC新出水细菌总数较多，IBAC出水细菌总数次之，GAC出水细菌总数较少。

3结论
（1）通过常规启动的固定化生物活性碳（IBAC）、非常规启动的固定化生物活性碳（IBAC新）和普通活性碳（GAC）对TOC、UV254、浊度、氨氮、亚硝酸盐氮等指标的处理效果的比较，可以得出IBAC无论在净化效果和运行稳定程度上都优于另两个碳柱。

（2）IBAC上固定的高效工程菌的生物降解与活性碳的物理吸附相互协同，发生的净化作用最强，使IBAC对各项指标的去除效果最好；IBAC新虽然也固定有高效的工程菌，但由于菌液中存在培养基，使活性碳预先吸附了易降解物质占去了一定的吸附位，影响其吸附作用，碳柱的处理效果受到了一定的影响；GAC中活性碳上是自然生长的细菌，没有经过强化，在数量和降解能力上都无法同人工筛选的工程菌相比，因此对各指标的去除效果相对IBAC新差一些。

（3）高效的工程菌仍能比较牢固地吸附于GAC 表面而形成IBAC。

固定化生物活性碳形成的关键是使工程菌既能与活性碳结合又不影响其物理吸附作用的正常发挥。

（4）IBAC上生物相比较稳定，优势菌数量和活性都较强，对污染物有长期和稳定的净化效果。

微
个
碳柱IBAC新GAC IBAC
4月11日104467
4月14日30082175
4月16日43016102
4月17日3401089
4月18日2601437
4月23日100332
4月24日9087
4月25日7885
4月26日6851
4月27日80310
4月28日752326
环境保护第7期
中国资源综合利用
●生物被固定化后，其主链结构得到加固，性质较稳定，不易被破坏，能耐pH 值、有机物浓度的变化，也可抵御生物毒性物质等的冲击，不易失活，对污染物的去除率更高。

参
考
文
献
1刘春芳.臭氧高级氧化技术在废水处理中的研究进展［J ］.石油技术与应用，2002，6（4）：278-281.
2叶辉许，建华.O 3-BAC 工艺处理高氨氮原水的问题探讨［J ］.水处理技术，2001，7（5）：300-302.
3
杨基先，马
放，赵庆良，等.固定化生物活性碳除微量有
机物的应用研究［J ］.东北师范大学学报，2000，32（1）：90-
95.4
马
放，李伟光，王宝贞.固定化生物活性碳除微量有机物的运行效果［J ］.哈尔滨建筑大学学报，1998，31（6）：56-62.
（责任编辑／陈军）
简
讯
废旧机电产品含丰富的可再利用资源
废旧机电产品中含有丰富的可再利用资源。

建设节约型社会的核心是节约资源，而对废旧机电产品进行再制造是节约资源的重要手段。

随着机电产品的频繁应用、报废，其中的废旧环氧覆铜板边角料、印刷电路板每天都有大量产生。

当今世界各种物资的总量中，由再生资源加工而成的钢占总产量的45%，铜为35%，铝为22%，铅为40%，锌为30%。

据测算，目前我国可以回收而没有回收利用的再生资源价值高达300亿～350亿元。

每年约有500万吨的废钢铁、20多万吨废有色金属、1400万吨废纸及大量的废塑料、废玻璃等没有回收利用。

每回收利用1吨废旧物资，可以节约自然资源
4.12吨，节约能源1.4吨标准煤，减少6～10吨垃圾
处理量；每利用1吨废钢铁，可炼钢850千克，相当于节约成品铁矿石2吨，节能0.4吨标准煤。

而且用废钢铁炼钢周期短，如用铁矿石炼1吨钢需8个工时，而用废钢铁炼1吨钢只需要2～3个工时。

现在电器产品更新换代的步伐越来越快，报废电器产品中的元器件平均只用了2万小时，而元器件平均寿命为50万小时。

因此，报废电器中的元器件还具有足够长的使用寿命。

对废旧机电产品进行再制造是节约资源的最优途径。

再制造也即“再造”，是指以机电产品全寿命周期设计和管理为指导，以废旧机电产品实现性能跨越式提升为目标，以优质、高效、节能、节材、环保为准则，以先进技术和产业化生产为手段，对废旧机电产品进行修复和改造的一系列技术措施或工程活动的总称。

简而言之，“再造”就是废旧机电
产品高科技维修的产业化，是废旧机电产品资源化的最佳形式和首选途径。

它对建设节约型社会的意义重大。

一是经济效益显着。

美国2002年资源化产业的年产值为GDP 的1.6%，我国2020年GDP 预计达到4万亿美元，如果以美国2002年资源化的水平作为我国2020年目标，则资源化产业年产值将达到640亿美元。

二是环保作用突出。

废旧机电产品资源化可以减少原始矿藏开采提炼以及新产品制造过程中造成的环境污染，能够极大地节约能源、减少温室气体排放。

美国环保署估计如美汽车回收业成果被充分利用，大气污染水平将比目前降低85%。

三是缓解就业压力。

废旧机电产品再制造将带动一批新兴产业、解决大量就业问题，美国的再制造业到2005年安排就业100万人。

如果我国2020年达到美国该年度规模将创造100万个就业岗位。

我国可进行再制造的资源十分丰富。

2000年我国汽车保有量为1900万辆，达到报废标准的汽车210万辆；2005年汽车保有量达到3500万辆，
2010年达4700万辆，每年报废的汽车将在200万
辆以上。

从2003年起我国电冰箱年均报废400万台，洗衣机、电视机、电脑各在500万台以上。

仅电子工业发达的东莞市，每月产生的环氧树脂基料的印刷电路板、覆铜板边角料等电子产品垃圾就超过
5000吨，广东全省则超过8000吨。

废旧机电产品中含有丰富的可再利用资源，如果能加以回收再利用将成为循环经济重要一环。

（再
协）
环境保护
第7期姜春龙等：固定化生物活性碳对微污染饮用水的深度处理。