生物活性炭水处理技术及原理

溶积负荷与水质 之间的关系曲线
I区： COD<50,BOD<20，应 用于深度处理， 去除难降解的有机物， 体现生物活性炭与一般 生物氧化的本质区别。
III区： COD>50,BOD>20
主要去除可生物降解的 有机物
高负荷冲击时，
活性炭为微生物的生存提供庇护，保证使反应 器稳定的运行。
在低负荷情况下，
双层生物活性炭反应器工艺示意图
1、反应器，2、曝气柱，3、水泵，4、布水系统，5、集水装置， 6、反冲洗出水集水槽，7、净化后出水集水槽，8、锥型收缩装置， 9、密实过滤层，10、 膨胀炭层
生物活性炭反应器
1、两级泥水分离区， 2、厌氧颗粒污泥膨胀 床区，3、活性炭膨胀 床区，4、加热器，5、 排气阀，6、剩余污泥 排放，7、净化后的水， 8、进水，9、填料冲 洗用水，10、发酵气 收集
微生物个体尺寸1万埃左右 微生物的 胞外酶 10 埃大小 微孔隙区的 等效直径大约20-40埃
胞外酶
酶基质复合体
活性炭
污染物
或 产物
争论：1）酶能否进入微孔 2）胞外酶除水解酶外是否有其 他的酶
溶质扩散理论：
炭表面的微生物虽然在降解水中的 有机污染物的 同时 也降解炭内吸附的有机污染物，但是这是由于炭 内已吸附的污染物与炭表面的生物膜中的浓度差，获 得了保持吸附平衡的解吸力，而向其表面扩散的的结 果。
--炭化---粘合--寸：直径为 1.8-2.6nm, 高0.7-1nm
石墨结晶和乱层结构
（a）、（b）——石墨，（c）乱层结构
Arnell和Brass发现不同种类的商品炭的基本微晶宽度大约
40A, 这就是通常将炭的最小孔径定为20-40A的理由.
吸附力 吸附热 选择性 分子层 吸附速度
膜—生物活性炭反应器
Manometer
Clapboard Flowmeter of air
Valve Flowmeter
Membrane module
Valve Flowmeter
Feed tank Feed pump Blower
Integrative membrane-bioreactor
塔式生物活性炭反应器
1、膨胀床反应区，2、过滤器， 3、毛刷填料区，沉淀出水，5、 过滤配水器，6、过滤器进水 及反冲洗出水，7、滤后水出 水及反冲洗配水 I-污水进水 II-去循环泵 III-去除剩余生物量
膨胀床生物活性炭示意图
七、生物活性炭净化水原水试验
膨 胀 床 生 物 活 性 炭 工 艺
生物活性炭水处理技术及原理
一、 概 述
1785年Lowitz发现碳可以脱除溶液中的色度 1875年J.Willard Gibbs 首先导出吸附作用的热力
学基本公式 1900 年 Raphael Von Ostreijke 发 明 氯 化 锌 法 、 CO2
法 和水蒸气法生产活性炭工艺 1918年Langmuir单层吸附模式 1926年Freundlich模式
Effluent water Suction pump
Influent CODMn(mg/l) Removel efficiency(%)
6.00
100
90
5.00
80
4.00
70
60
3.00
50
40
2.00
Influent COD
30
1.00
Removel
20
efficiency
10
0.00
0
1
活性炭也会因为反相浓度梯度的原因使得溶液 中存在一定量基质，供微生物代谢使用，同时使活 性炭得以再生利用。
六、 几种生物活性炭净水工艺
双层生物活性炭反应器
1、容器，2、膨胀层，3、密实层，4、气提器，5、中心区， 6、污水进水管，7、底部配水管，8、中部配水管，9、循环水管， 10、净化水收集槽，11、反冲洗水收集槽，12、保护水层
Compounds Parameters
Bulk solution
Influent
Effluent
Removal Efficiency
(%)
CODMn(mg l-1) UV254(cm-1) UV410(cm-1)
二、 活性炭分类、结构和生产简介
1. 种类:
颗粒活性炭. 粉末活性炭. 纤维炭
颗粒活性炭 粒子尺寸 0.07-0.12mm 粉末活性炭小于0.07mm 纤维炭
2. 生产
炭化------活化 破碎活性炭: 原料---碾磨---1-6mm的粒子-颗粒活性炭: 原料---碾磨---10-100微米的粒子-
被吸附物质的性质: 溶解性 容易吸附 分子量 容易吸附 分子结构
吸附剂(活性炭)的性质: 比表面积 孔隙和孔容 表面性质
温度条件： 温度 溶解度降低 容易吸附 pH值
影响固液界面吸附的因素
三、 对于生物活性炭技术, 按照污染物被活性炭吸附性 和被微生物的降解性可将其分为四类:
1.可被活性炭吸附也可被微生物的降解 2.可被活性炭吸附但不可被微生物的降解 3.不可被活性炭吸附但可被微生物的降解 4.不被活性炭吸附也不可被微生物的降解
脱附(解吸)
4、物理吸附和化学吸附的比较
物理吸附 范德华力 较小, 近于液化热 无选择性 单层或多层 较快, 温度影响较小, 不需活化能 较容易, 需要能量小
化学吸附 化学键力 较大, 近于反应热 有选择性 单分子层 较慢, 温度升高, 速度加快, 需活化能 很难, 需要能量大
5. 影响吸附的因素
四、 生物活性炭技术的产生、发展及其定义
生物活性炭技术定义: 以活性炭为载体, 表面长有微生物的处 理工艺, 在水质净化过程中同时发挥着 活性炭的物理吸附作用和微生物的降 解作用的水处理技术.
五、 生物活性炭的作用机理
三个因素 相互作用
活性炭
微生物 污染物
Porrotti 和 Rodman 1974年细胞外酶假说：
5
9
13 17 21 25
days
The remove effect of CODMn of Xihai lake by this process at normal temperature （200C）
The purifying effect of Sanjiadian reservoir water by this process at low temperature （<10oC)