标题：生物活性炭
简介
在活性炭上固定微生物, 提高活性炭的吸附容量,延长活性炭的使用寿命,增强对水中有机物的降解能力,这是生物活性炭技术(Biological ActivatedCarbon, BAC )  生物活性炭
物理结构
生物活性炭工艺是始于20世纪70年代的去除水中有机污染物的一种新工艺。该技术实质是利用活性炭具有巨大比表面积、发达孔隙结构以及优良的吸附性能等特点，以活性炭作为载体构建生物膜，从而形成生物活性炭以对污染物质进行降解。近年来，生物活性碳技术在国内外水处理领域得到了广泛应用,并取得了较好成果。这一技术在国内的研究多为微污染原水中有机物的充分去除、印染废水与石油化工废水等有毒或难降解有机废水的深度处理。 
以生物活性炭为基础所形成的处理污水的技术方法叫做生物活性炭法，生物活性碳法是利用活性炭为载体，使炭在处理废水过程中炭表面上生成生物膜，产生活性炭吸附和微生物氧化分解有机物的协同作用的废水生物处理过程。此法提高了对废水中有机物的去除率，增加了对毒物和负荷变化的稳定性，改善了污泥脱水及消化的性能，延长了活性炭的使用寿命，是一种以生物处理为主，同时具有物化处理特点的一项生物处理新技术。一般常用的有粉末炭活性污泥法、固定床催化氧化、流化床吸附、膨胀床吸附氧化等不同工艺流程。实验结果表明，这种方法可用于不同的工业废水（化工、印染、合成纤维等）和生活污水处理，效果良好。 
生物活性炭法的操作方式分为静态和动态两种。静态操作（或序批操作）是指将粉末活性炭投入水中不断搅拌，靠活性炭的吸附性能和活性炭表面形成的生物膜降解有机物质，当生物活性炭达到吸附平衡时，再用沉淀或过滤的方法使炭水分离。 动态操作（或连续操作）指废水在连续流方式下进行吸附操作，一般使用粒状炭，有固定床、流化床和移动床三种方式。目前固定床的应用最多，流化床次之，移动床应用还较少。 
由于生物活性炭技术突出的优越性，目前这一新工艺已经在国外实际应用于受污染水源净化、工业废水处理及再生等方面，在我国有关的研究和应用还比较少，由于生物活性碳技术的影响因素较多、反应过程复杂，到目前为止，对其作用机理的解释存在多种假说，尚不统一，工程运行条件也还不够成熟，但在实际应用中它显示出的优越性是众所公认的。因此很有必要进一步研究经济合理、技术适用又具有一定创新性的生物活性炭对废水的处理技术，以提高污水废水的处理水平，改善废水再生利用率较低的状况。
作用机理
1、生物活性炭去除浊度 
① 滤层深度的影响。各取样口的浊度去除率见表6。 
下表各取样口的浊度去除率% 
取样口 1# 2# 3# 4# 最大值 43.1 65.3 67.8 84.1 最小值 87.1 87.5 93.8 97.3 平均值 62.5 81.3 83.8 91.5 从表可看出：去除的大部分浊度发生在生物活性炭滤柱上部。由于滤柱上部附着和悬浮着大量微生物，生物絮凝和生物降解对浊度的去除起了重要作用。砂滤层有精滤作用，通过颗粒的粘附作用使浊度进一步降低。 
此外，从各取样口浊度去除率的最大值和最小值来看，其去除率并不稳定，这是因为在过滤后期，游离在水中的菌胶团增多，容易在取样时随水流溢出，从而也影响了出水中浊度的准确测定。 
在过滤后期，生物活性炭柱上部对浊度的去除率下降，而在反冲洗前后，整个生物活性炭—砂滤柱对浊度的去除率无太大的变化。这表明在过滤后期，上层滤料的截污量逐渐达到饱和，对浊度的去除率降低，下层滤料充分发挥作用，弥补了上层滤料对浊度去除量的不足，从而使滤柱对浊度的去除在反冲洗前后基本无差别。 
② 进水浊度的影响。在进水浊度较低时，出水浊度几乎保持不变，且3NTU时，出水浊度波动较大，有时>1NTU。 
2、 生物活性炭对消毒副产物的去除情况 
试验以CHCl3和CCl4作为主要消毒副产物，通过比较滤前水和滤后水加氯消毒后水中CHCl3和CCl4的含量，确定生物活性炭对消毒副产物的去除率。在生物活性炭阶段，对CHCl3和CCl4的去除情况做过一次检测(1999年10月24日)，其结果如表7，滤后水为加氯后的检测结果。 
表7 加氯消毒后水中CHCl3和CCl4的检测结果 
滤前水(μg/L) 滤后水(μg/L) 去除率(%) 68.3 41.7 38.9 由表7可看出，生物活性炭—砂过滤工艺能够去除部分消毒副产物，表明此工艺对于减少或抑制消毒副产物的产生是有效的。 
① 生物活性炭—砂滤柱对有机物和氨氮的去除效果是显著的：CODCr和UV254的平均去除率分别为40.4%和48.9%；当进水氨氮浓度在2 mg/L以下时，平均去除率是82.5%；浊度平均去除率约82.4%，平均出水浊度为0.51NTU。 
② 生物活性炭—砂过滤技术在改善水质、保证饮用水的安全方面，有望成为一种高效低耗的水质净化新工艺。 
生物活性炭技术在水处理中的应用研究
跟着工业的开展，饮用水源的污染日益加剧，饮用水的 清洁和安全也遭到越来越广泛的注重，水中所含污染物的种 类和数量不断增多，污染成分也越来越杂乱。选用惯例的水 处置办法已不能满足要求，有必要进行深度处置，一些效果单 一的资料和办法已不适用。所以，来历广泛且简单再生，能 重复使用的活性炭倍受注重，其兴旺的细孔布局和特异的表 面特性使它不只具有极强的吸附功能、氧化复原功能、电性 能，并且还可以与其它资料联合使用，作为催化剂及催化剂 和生物的载体，所有这些布局特性使活性炭在水处置技能中 得以广泛使用。
跟着颗粒活性炭（Granular Activated Carbon，GAC）废水 处置技能的开展，大家发现GAC外表极易于微生物的繁衍， 并且，具有微生物繁衍的活性炭使用寿命比无微生物的 GAC要长。1978年，美国专家米勒（G.A.Miller）和瑞士R.W. Rice初次选用了“生物活性炭”（Biological Activated Carbon， BAC）这一术语。其实，从20世纪60年代开端，欧洲一些国 家就用到BAC技能来深度处置水，并获得杰出的效果。我国 也于70年代开端对BAC进行研讨，而在废水处置方面， BAC技能才刚刚起步，但是，该技能的优越性在实践使用当 中为众所公认的。 
1 BAC效果机理：
生物活性炭（BAC）技能以粒状活性炭为载体，通过富集或人工固定化微生物，在活性炭外表构成生物膜，使用活性炭的吸附效果和生物膜的生物降解效果来去掉污染物。一起，生物膜通过生物降解活性炭吸附的有些污染物而再生计性炭，然后大大延伸活性炭的效果周期。
（1）活性炭的吸附效果：
活性炭的吸附效果是通过活性炭固体外表具有多孔性 的特色，吸附去掉污水或废水中的有机物及有毒物质，使之 到达净化的意图。研讨标明，活性炭对分子量500～1000规模 内的有机物具有较强的吸附才能。活性炭对有机物的吸附 受其孔径散布和有机物的极性及分子巨细的影响。相同巨细 的有机物，溶解度越大、亲水性越强，活性炭对它的吸附性越差，反之，对溶解度小，亲水性差、极性弱的有机物如苯类化 合物、酚类化合物等具有较强的吸附才能。
（2）微生物的生物降解效果：
BAC凭借微生物集体的推陈出新活动，微生物通过对 污染物的氧化分化进程获取养分和能量，一起水中污染物也 因而改变了其化学布局，然后改变了化学和物理功能，结尾 到达去掉水中污染物及活性炭获得再生的意图。
总归，BAC通过活性炭与微生物的协同效果，进步了微 生物对水中污染物的降解才能，活性炭粒的外表成为微生物 的杰出培养基，并对微生物进行吸附。并且，其外表粗糙凹处 还具有遮挡水流剪断力的效果。一起，好氧微生物可以进步活性炭的吸附容量，延伸其使用寿命。
2 BAC在水处置中的使用：
20世纪20年代末、30年代初，国外开端用粉末活性炭 去掉水中的臭味，并于1930年在美国费城树立了第一个用 活性炭吸附池除臭的水厂。50年代后，欧美国家开端很多使 用活性炭处置城市饮用水和工业废水。我国对BAC的研讨 也已有30多年的前史。20世纪60年代末开端使用活性炭去掉受污染水源的臭味。80年代初，北京市政工程设计院在北京田村山水厂进行了活性炭吸附试验，试验标明,活性炭吸附去掉微污染水源水中的有机物、有毒物质是有用的。 近些年来，我国对活性炭的研讨和使用越来越注重，同济大学、哈尔滨修建大学都对活性炭做出了较为深化的研讨，并已获得实用性的效果。
2.1 BAC在微污染水源处置中的使用：
当前，国外使用BAC技能最广泛的是对水进行深度处 理，它可以有用地去掉水中的有机物。欧洲使用BAC技能的 水厂已开展到70个以上。我国上海的杨树浦水厂和南市水 厂于2002年10月开端也选用BAC技能处置原水，出厂水 质各项目标均到达国际先进水平。
近年来，因为对饮用水的色度、金属含量（Fe、Al、Mn等） 及三卤甲烷化合物（THM）的约束越来越严厉，使大家益发对 臭氧与生物过滤相联系的工艺发生了爱好。
臭氧—生物活性炭技能以预臭氧化替代预氯化，可以使 水中一些本来不易生物降解的有机物变成可生物降解的有 机物，臭氧化的一起还可进步水中溶解氧的含量。此外，水中溶解臭氧的浓度很低，自分化速度又快，活性炭对溶解臭氧有催化分化效果，因而不会按捺床中微生物的成长，与预氯化时的状况彻底不一样。
国内外不少专家还研讨使用BAC技能与臭氧相联系处 理污染原水的办法，均标明对微染原水的处置十分有用。吕 炳南等的研讨成果标明，BAC技能大大削减出水 的有机物品种。日本Kanamachi水质净化厂[7]1984年开端使 用粉末活性炭处置水中的发生的霉臭的物质2-甲基异龙脑 （MIB），获得了杰出的效果。W.Nishijima等[8]研讨了臭氧预 氧化后生物可降解溶解有机碳（BDOC）在BAC上的吸赞同 解吸特性，以及BDOC在BAC上被非生物可降解溶解有机 碳（non.BDOC）置换，试验成果标明，臭氧预氧化后发生的 BDOC的吸附功能略低于生物降解后剩余的non.BDOC。因 此，BAC之前的臭氧预氧化可以延伸活性炭的使用寿命，下降BAC段的有机负荷。
2.2 BAC在工业废水处置中的使用：
国外一些大学研发的生物活性炭拌和池反应器，在处置 印染废水上获得了很好的效果，该研讨对BAC、生物砂床、 单纯活性炭吸附及单纯生物降解进行了平行试验，并对不一样 类型染料废水的处置效果进行了剖析。由表2可见BAC系 统的染料去掉速率比单纯生物降解及单纯活性炭吸附两过 程染料去掉速率的和要高。
F.Nishimura等选用BAC—BZ（生物沸石）组合工艺处 理一起富含按捺硝化效果的有机物和高浓度氨氮的污泥干 化废水。试验成果显现，按捺性有机物浓度通过BAC反应器 后大幅度下降，氨氮浓度在通过BZ反应器后大大下降，污 染物的下降均为介质吸附进程和生物降解进程一起效果的 成果。
荷兰专家使用活性炭生物膜（BACF）法与反渗透法组合来处置含杀虫剂的污染水，对杀虫剂的去掉率高达99.5%，且臭氧-BACF的效果显着减轻了反渗透膜的污染问题，处置效果优秀且安稳。
2.3 BAC在生计污水处置中的使用：
BAC技能在生计污水处置中也获得了很好的效果，尤 其因为BAC法联系了生物降解和吸附2个进程，关于去掉 非离子合成外表活性剂（NISS）十分有用。
德国的Schroder等专家在进行城市生计污水处置的研 究时，选用了新的总和参数剖析及质量光谱剖析来检测污染 物的去掉率，证明了用臭氧-生物活性炭法处置城市生计污 水，对其间烷基苯灰化合物及其降解产品等极性化合物的去 除率更好，这类化合物对水体中生物群落的内分泌体系有很 强的毒害效果。
在芬兰，大家研讨了臭氧-双级活性炭法，对可同化有 机碳(AOC)的处置效果更好(出水AOC<10μg/L)，因为经 BAC工艺处置，水质优秀。
A.S.Sirotkin等选用BAC工艺处置含非离子外表活 性剂的废水，试验成果标明，在体系运转初始期间，活性炭的 物理吸附发扬首要效果，跟着吸附逐步到达饱满以及微生物 活性的逐步增强，生物降解效果也逐步增强，结尾二者协同 效果，这种协同效果表现为微生物对活性炭吸附才能的再 生，再生度为20%～24%。
3 结语:
BAC技能处置微污染水源、工业废水、生计污水，具有 许多的优势，在将来的开展中将发扬着越来越重要的效果。 为进一步进步处置水的出水水质，添加去掉有机污染物的效 率，在今后BAC技能的开展中应当加强对BAC技能与臭 氧、膜技能，超滤技能等其他水处置工艺的联系工艺的研讨 和开发。一起，活性炭作为微生物群落集结地和降解污染物 的场所，对微生物的吸赞同树立群落层次有着重要的效果， 因而活性炭材质对BAC的构成及降解才能强弱有无影响值 得咱们注重[1]。