生物活性炭与臭氧生物活性炭

生物活性炭与臭氧生物活性炭

査戎03212710

1.生物活性炭

生物活性炭(biological activated carbon, BAC)技术是在活性炭技术的基础上发展而来，它是利用活性炭吸附与生物降解的协同作用来处理废水。

相比而言，传统活性炭吸附容量有限，吸附饱和后再生问题不好解决，大大限制了其在实际中的应用。BAC利用微生物降解吸附到活性炭上的有机污染物，从而降低了活性炭的吸附负荷，增加了炭床达到“穿透”或“失效”时的通水倍数，延长了活性炭的使用周期，减少了活性炭的再生频率，从而降低了生产成本与能耗。

控制生物膜的生长非常重要。BAC工艺用于饮用水纯化过程中生物膜的最佳状态应是稳定的、薄的、生物活性高的，现阶段控制生物膜生长的措施主要包括控制流体的速率或接触时问、调节流体的pH值和溶解氧(DO)及反冲洗的频率。

2.臭氧-生物活性炭

臭氧生物活性炭工艺是将臭氧化学氧化、活性炭物理、化学吸附、生物氧化降解技术合为一体的工艺。该工艺具有处理费用低、有机物去除效率高、效果稳定等特点。O3-BAC与单纯的臭氧法相比，不但可以显著提高溶解氧含量，还可以显著促进后继BAC的处理效果，充分发挥臭氧化、活性炭吸附、生物降解的协同处理作用。

试验证明，饮用水原水经O3-BAC深度处理后，各项出水指标均大大优于常规处理，能够有效地保证居民饮用水的安全。

3.臭氧的作用及机理

臭氧化反应机理为打开通过亲核作用或带有多余电子的原子核双碳键，水中有机物可能直接与O3反应，也可能与O3在水中分解产生的羟基自由基反应。前者缓慢且有选择性，后者反应相当快且没有选择性。通过这两个反应，O3最终将有机物氧化为无机物(H2O,CO2等)或将大分子有机物分解为可生物降解的小分子有机物.

臭氧是靠其强大的氧化能力来达到净化水质的目的的，比如臭氧可以氧化分解吸附在颗粒表面的有机物，从而诱使颗粒脱稳。臭氧可以使C=C双键断裂，生成酮类、醛类或梭酸类物质，从而达到除色的目的。臭氧的脱色能力十分明显。在对嗅和味的去除过程中，臭氧效率非常高，起作用的不仅是臭氧本身，还有其自我分解产物——氢氧自由基。臭氧对引起嗅和味的物质的作用在于它能破坏引起嗅和味的不饱和键。

臭氧可使水中有机污染物氧化降解，将大分子有机物分解为小分了的中间产物，提高有机物的可生化性，有利于后续BAC过程对有机污染物质的去除。同时还可以达到消毒的目的，但不形成三卤甲烷、卤乙酸等。而且预氧化得到的副产物可以被微生物快速降解，有利于生物生长。臭氧化能够改变有机物基团的结构，形成的中间氧化物更易于活性炭吸附，强化了活性炭的脱色效能。臭氧氧化后生成的氧气能在处理水中起到充氧作用，为附着于活性炭上的好氧菌和硝化菌提供生长的营养源，创造好氧菌生长的环境。预氧化能提高生物活性，水进行臭氧化还可以提高水中可同化有机碳浓度。在活性炭前投加臭氧，可以强化活性炭对有机物的去除作用。

3.生物活性炭的作用及机理

活性炭具有高比表面积及发达的孔隙结构，对水中溶解氧及有机物有强吸附特征。生物活性炭技术就是将活性炭作为载体，通过富集或人工固定微生物，在适当的温度及营养条件下，微生物在活性炭表面生长繁殖，形成BAC。它可同时发挥活性炭的物理吸附作用和微

生物的降解作用。

目前关于活性炭生物再生比较公认的机理有以下两种。

（1）浓度梯度说法

大多数中孔或微孔活性炭的孔径(<0.05 }m)比细菌(大多数为103 nm)小，故细菌主要集中于炭颗粒的外表及邻近大孔中。细菌能直接将活性炭表面和大孔中吸附的有机物降解掉，使炭表面的有机物浓度降低，从而在活性炭表面与炭内之问产生逆浓度梯度，有机物由内向活性炭表面扩散而被微生物利用。

（2）胞外酶说法

细胞分泌的胞外酶和因细胞解体而释放出的酶类，能直接进入到活性炭的过渡孔和微孔中去，与孔隙内吸附的有机物作用，使其从原吸附位上解脱下来，扩散到生物膜表面，并被炭表面上的细菌所分解，构成了吸附和降解的协同作用。