生物活性炭滤池在水处理中的应用

在活性炭巨大的表面上附着大量的好氧微生物，以吸附在活性炭表面的有机物为养料逐渐形成生物膜，使得活性炭具有明显的生物活性，因此被称之为生物活性炭滤池。简言之，生物活性滤池就是用活性炭替换普通快滤池中的石英砂填料，利用活性炭易于生长生物膜的特性，降解污水中的有机污染物。生物活性炭滤池是通过活性炭吸附、臭氧氧化和生物降解的协同作用来完成对有机物的去除，水中有机物不断地被吸附到活性炭表面，有机物与生物膜的接触时间得到了充分的保证，从而使生化有机物的效率得到大幅度提高，吸附在活性炭上的有机物被生化降解的同时，其吸附能力也随之得以恢复。国内外研究也表明，炭滤池中生长的大量微型生物是生物活性炭滤池处理效率得以提高和使用周期能够延长的主要因素。

1 生物活性炭滤池在给水深度处理中的应用

臭氧生物活性炭是当前国内外饮用水深度处理的主流工艺之一。 臭氧生物活性炭技术是将臭氧化学氧化、活性炭物理化学吸附、生物氧化降解进行联合使用。在生物活性炭吸附前增设臭氧预氧化，不仅可以初步氧化水中的有机物及其他还原性物质，以降低生物活性炭滤池的有机负荷;还可以使部分难生物降解有机物转变为易生物降解物质，从而提高生物活性炭滤池进水的可生化性[2]。刘帅霞和汪蕊[3] 对饮用水进行深度处理时采用了臭氧-生物活性炭工艺，研究结果表明：该工艺对CODMn、UV254、三卤甲烷生成势( THMFP) 、藻类和浊度的平均去除率分别为46. 5%、46. 5%、45. 6%、91. 2%和98%，最终出水浊度为0.2NTU，CODMn ≤3mg/L，显著提高了饮用水的安全性。王蕾和范国翔[4]报道了臭氧-生物活性炭工艺在某居住区直饮水工程中的应用情况，介绍了该水厂主要处理单元的设计尺寸、运行参数以及该工艺对饮用水中主要污染物的去除效果，出水水质符合国家《饮用净水水质标准》CJ 94-2005。张金松等 [5]研究发现采用臭氧化工艺对三卤甲烷前质和卤乙酸前质均具有很好的去除效果;生物活性炭工艺对卤乙酸前质表现出较好去除效果，但对三卤甲烷前质的去除效果有限，该工艺有利于提高出水的生物稳定性，并明显降低水的致突变活性。臭氧-生物活性炭还被成功用于处理呈现高藻、高有机物、高氨氮 “三高”特征的太湖水处理中，为类似水厂的深度处理改造提供经验和示范[6]。针对目前以黄河水为源水的自来水厂水质不甚理想的情况，张可欣[7]采用生物活性炭滤池对受污染黄河水中有机物进行了深度处理。研究结果表明：该滤池对有机物的去除效果较好，其对CODMn、UV254、总藻、Chla、三氯甲烷生成势、色度的去除率分别为15.7%～ 38.8%、24.7%～49.7%、24%～ 100%、30%～ 87.8%、20. 6%～ 46.6%、2 5%～ 66.6%。臭氧―生物活性炭深度处理工艺具有诸多的优点，但在应用过程中也会发生活性炭滤池生物泄漏、溴酸盐超标、中间提升泵房运行不稳定等问题，袁煦等[8]针对上述问题提出了防止生物泄漏、溴酸盐超标等设计优化和改进措施，为臭氧―生物活性炭工艺更加科学合理的运用提供依据。总之，臭氧化生物活性炭处理工艺充分发挥了臭氧化和生物活性炭两种水处理技术的优点，并相互促进和补充，是一种高效的除污染技术，能够充分保证饮用水的安全性。

2 生物活性炭滤池在污水深度处理中的应用

针对石化废水中不同特征污染物，姚宏等[9]采用人工分离筛选去除COD和油工程菌6株、硝化工程菌10株(亚硝化细菌5株、硝化细菌5株)构建高效混合菌群，通过臭氧固定化生物活性炭滤池除污染效能中试研究表明，该系统能同时去除COD、油类、NH3-N 等污染物，对COD、油类、NH3-N和色度的平均去除率分别为73.0%、90.5%、81.2%和90%，相应的出水分别为33.2 m g /L、0.4 m g /L、4.5 m g /L和10倍，各项指标均达到了国家循环冷却水的用水要求。该系统可用于深度处理石化难降解有机废水，它的推广应用必将带来显著的环境效益、社会效益和经济效益。为使废纸纸浆造纸废水的生化二沉池出水达到工业回用要求或生活杂用水标准，吴迪等[10]采用Ca(OH)2和PAM 进行混凝，再利用O3/UV 组合高级氧化技术进行深度氧化，最后通过生物活性炭滤池处理，使出水COD<50 mg/L，去除率达79.1%，达到城市污水再生利用工业用水水质标准，且出水pH 无需调节，SS<10 mg/L，碱度<100 mg/L。刘锐等[11]在规模为36 m3 /d 的中试基地，研究了臭氧投加量对臭氧/生物活性炭工艺深度处理某印染制革工业园区污水厂生化处理出水效果的影响。研究发现，臭氧的最佳投量为25 mg /L，对COD、色度、TOC、UV254的去除率分别为17.4%、54.3%、14.7%和47.5%。在系统稳定运行期间，当进水COD 和色度平均值分别为100 mg /L 和112.5倍时，出水水质分别为50 mg /L 和5倍，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》( GB 18918―2002) 中的一级B 标准。生物活性炭滤池还可用于深处处理平绒印染废水[12]、二级生化后的纱线筒子染色废水[13]、制革厂的生化出水[14]。

3 生物活性炭滤池中无脊椎动物

刘丽君等[15] 探讨了南方两座臭氧生物活性炭深度处理水厂生物活性炭滤池中无脊椎动物的来源及其生长繁殖特点。发现生物活性炭滤池在运行过程中会孳生无脊椎动物，无脊椎动物的绝对优势类群为轮虫，其次是甲壳类浮游动物。控制生物在水处理系统繁殖和穿透的重要措施是采用氯等化学药剂在取水口或泵站灭活原水中的甲壳类动物;解决甲壳类动物穿透的根本途径是优化砂滤池的运行参数并加强管理，控制生物进入生物活性炭滤池。对于生物活性炭中孳生的甲壳类浮游动物，可采用药剂反冲洗和药剂浸泡进行去除和灭活。

4 生物活性炭滤池反冲洗

为了保证生物活性炭滤池的高效运行，需要对其进行适宜的反冲洗，钟高辉[1]研究了不同反冲洗方式对传统及新型中置生物活性炭滤池两种系统运行的影响。对于传统 O3-BAC 工艺，反冲洗不仅能够缓解和减少微型生物穿透，还利于工艺的优化控制。在南方典型湿热地区，当缩短反冲洗周期至 3～5天时滤池出水中的肉眼可见微型生物会大量减少，若反冲洗时加氯可进一步控制微型生物滋生;在水冲洗阶段采用低-高-低强度组合的水冲洗方式，可将炭滤池冲洗得更干净，而且有利于改善初滤水水质。对于新型中置生物活性炭滤池工艺，优化的反冲洗方式能保证生物活性炭滤池高效运行。研究表明，最佳反冲洗方式为气-水联合反冲洗，反冲洗周期可延长到 7 天，并且能有效控制水头损失;反冲洗后炭滤池的初滤水被后置砂滤池处理，不会对系统最终出水水质造成影响。

5 生物活性炭滤池换炭方式

活性炭具有一定的使用寿命，当活性炭失效需要更换时，究竟是全部更换还是部分更换这将直接影响到经济成本和处理效果。为此，张群等[16]开展了换炭方式的中试研究，3根生物活性炭柱中分别装填1 /3新炭、2 /3旧炭( 1#炭柱);2 /3新炭、1 /3旧炭( 2# 炭柱);全新的云光炭( 3#炭柱)。在1#和2# 炭柱中，旧炭装填在炭柱下层。结果表明：装填1 /3旧炭、2 /3新炭的2#炭柱的处理效果接近于装填全部新炭的3#炭柱。因而从经济运行的角度考虑，可以考虑在保证处理效果的同时更换部分旧炭，这样可降低制水成本。

6 结论

生物活性炭滤池利用活性炭高比表面积、高孔隙率的特点，能富集微生物、迅速吸附水中溶解性有机物，为微生物的聚集和繁殖提供了良好的场所，微生物吸附到活性炭上的有机污染物进行降解，从而达到处理污水中有机污染物的目的[13]。在具体应用时还应依据水质特点与其它工艺联合使用以达到好的处理效果。

参考文献：

[1] 钟高辉. 南方典型湿热地区给水生物活性炭滤池反冲洗方式研究[D].华南理工大学硕士学位论文，2012.

[2] 张朝晖，吕锡武. 饮用水深度处理技术进展[J].电力环境保护，2004，20(2)：41-44.

[3] 刘帅霞，汪蕊. 预臭氧与生物活性炭工艺深度处理饮用水的研究[J].能源环境保护，2007，21(4)：40-42，44.

[4]王蕾，范国翔. 臭氧―生物活性炭工艺在直饮水厂中的应用[J].2006，12(3)：211-214.

[5] 张金松，董文艺，张红亮，范洁，马军. 臭氧化―生物活性炭深度处理工艺安全性研究[J]. 给水排水，2003，29(9)：1-4.

[6] 钟燕敏，周建平，沈裘昌，徐鑫. 微污染高藻湖泊水的深度处理工程设计[J]. 中国给水排水，2007，23(18)：39-42.

[7] 张可欣. 生物活性炭滤池去除微污染有机物的研究[J].青岛理工大学学报，2006，27(3)：74-76.

[8] 袁煦，郑志民，黄天寅，王纵，邬亦俊. 臭氧―生物活性炭深度处理工艺的一些改进措施及工程应用[J]. 给水排水，2012，38(增刊)：240-243.

[9] 姚 宏，马 放，田 盛，李圭白. 臭氧―固定化生物活性炭滤池深度处理石化废水的试验研究[J]. 环境污染治理技术与设备，2005，6(5)：83-86.

[10] 吴迪，张璇，孙星凡，李天增. O3/UV+BAC 深度处理废纸制浆造纸废水[J].工业水处理，2009，29(1)：39-42.

[11] 刘锐，程家迪，余彬，李昌湖，冉坤，范举红，陈吕军. O3 /BAC 工艺深度处理某工业园区废水的效果[J]. 中国给水排水，2012，28(15)：16-20.

[12] 贾跃然，代学民，高品. 生物活性炭深度处理印染废水的研究[J]. 河北建筑工程学院学报，2008，26(3)：43-46.

[13] 李俊生，杨波，陈晔，娄云鹏. 生物活性炭滤池深度处理纱线筒子染色废水研究[J].水处理技术，2011，37(3)：108-111.

[14] 余彬，刘锐，程家迪，李昌湖，冉坤，范举红. 臭氧氧化―生物活性炭滤池深度处理制革废水二级出水[J].化工环保，2012，32(1)：39-43.

[15] 刘丽君，张金松，安娜，乔铁军，李小伟，苏洪涛. 生物活性炭滤池中无脊椎动物孳生问题与对策[J].给水排水，2009，35(3)：14-18.

[16] 张群，陈伟，杨玲，董秉直，罗启达，范瑾初. 生物活性炭滤池的换炭方式研究[J]. 中国给水排水，2007，23(5)：101-103.、

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