生物活性炭水处理技术及原理

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
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
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
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
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
源自文库
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，
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)
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
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----成型---活化
3. 结构
微晶体的尺寸：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
Compounds Parameters
Bulk solution
Influent
Effluent
Removal Efficiency
(%)
CODMn(mg l-1) UV254(cm-1) UV410(cm-1)
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：
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-
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
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
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