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生物活性炭技术的应用探讨

发布时间:2020-06-29 浏览

随着我国铁路事业的飞速发展和国家饮用水新标准的执行,铁路饮用水的水质保障成为一个重要的研究课题。目前的中水处理技术主要有二级生化处理基础上的混凝过滤工艺和膜生物反应器(MBR)技术,它们仅能满足浇草、洗车、冲厕、洒道路等不同用途的中水处理要求,如要得到用途更广、水质更好的再生回用水,需要采用深度处理方法。

近年来开发了生物活性炭技术,很好地解决了活性炭易饱和的问题,促进了该技术在实际中的广泛应用。该技术在国外、尤其是日本,多年前已开始大量应用,在国内尚处于研究和实际应用的起步阶段。本文重点介绍生物活性炭技术的特点、原理及实际应用情况,为该技术在铁路水处理中的应用提供一定的参考。

一、特点与原理

1、特点

生物活性炭技术利用活性炭对污染物的强吸附去除性能,保证了出水水质。同时利用活性炭具有的巨大比表面积及发达的孔隙结构,对水中溶解氧也具有的强吸附性能特征,将其作为生物载体,为微生物聚集和繁殖提供良好场所。利用微生物降解吸附到活性炭上的有机污染物,结果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。

2、原理

对于生物活性炭的净化机理,目前还没有一种让大家全部接受的理论解释,其中较权威的有以下两种说法。

⑴浓度梯度说法。活性炭吸附的有机物遍布其表层和内部的大、小、微孔中,由于大多数细菌的大小为103nm,故细菌主要集中于炭颗粒的外表及邻近大孔中,而不能进入微孔中。细菌能直接将活性炭表面和大孔中吸附的有机物降解掉,从而使活性炭表面的有机物浓度相对降低,造成炭粒内存在一个由内向外减小的浓度梯度,有机物就会向活性炭表面扩散,可逆吸附的有机物因此被解析下来而被微生物利用。

⑵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(1nm大小),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,并被活性炭表面上的细菌所分解,构成了吸附和降解的协同作用。

二、研究和应用现状

1、饮用水的深度处理

目前,欧洲应用生物活性炭技术的水厂已发展到70个以上,我国上海的杨树浦水厂和南市水厂于2002年10月开始也采用生物活性炭技术处理原水,出厂水质各项指标均达到国际先进水平。国内外不少学者研究了应用生物活性炭技术与其他技术相结合处理污染原水的方法,均表明对微染原水的处理非常有效。

国外代表性的净水处理工艺流程有如下四种:

⑴A型:原水→(前氯处理)→凝聚·沉淀→砂滤→颗粒活性炭→消毒。

⑵B型:原水→凝聚·沉淀→砂滤→臭氧处理→BAC→消毒。

⑶C型:原水→凝聚·沉淀→臭氧处理→BAC→砂滤→消毒。

⑷D型:原水→凝聚·沉淀→砂滤→臭氧处理→BAC→砂滤→消毒。

2、污水深度处理

国内外很多学者都对生物活性炭污水处理技术进行了研究,有关人士研究了生物活性炭在滴滤池中对硫化氢气体的吸附和生物降解效应,研究表明在活性炭表面形成的生物膜加强了对吸附在活性炭表面的硫化氢的氧化作用。还有人研究了用生物活性炭技术处理含有合成表面活性剂的废水并指出生物再生率可达到20%~40%。利用分离、筛选、驯化的组合式工程菌,以固定化生物活性炭柱过滤法对炼油厂含油废水进行处理,控制入水流量40mL/min,接触时间20min,试验结果显示效果十分显著。将分离筛选得到的甲醇降解菌固定在颗粒活性炭上,组成固定化生物活性炭反应系统,对其最佳运行条件和运行效果进行研究,试验表明处理效果明显好于其他3种树脂和单纯的活性炭吸附。

废水深度处理已成为污水处理发展的一个重要方向。深度处理要求废水在前期处理基础上,进一步去除其中的有机物、植物性营养盐和微量成分等,水中的污染物浓度整体不高。处理这种水是生物活性炭技术的优势,国外已有大量的应用。生物活性炭技术应用于废水的深度处理时,一般采用如下流程:⑴常规二级生化处理出水→混凝→沉淀→过滤→生物活性炭→消毒→出水。⑵膜生物反应器(MBR)出水→生物活性炭→消毒→出水。

三、生物活性炭技术在铁路污水处理中的应用前景

1、铁路污水的特点:各个阶段所排污水水质有很大差异。因此铁路废水水质成分复杂,同时存在很多难降解物质。由于生物活性炭技术具有微生物和活性炭的叠加和协同作用。生物活性炭用于水处理时,可去除活性炭和微生物单独作用时不能去除的污染物,而且处理的效率也比二者单独作用高,这是由于微生物、活性炭和污染物之间相互作用的结果,并且活性炭的吸附及其颗粒表面的掩蔽作用,可以提高微生物对有机毒物和重金属的抵抗能力,从而提高处理的效率。因此在铁路水处理中应用生物活性炭技术有很大的优势。

2、由于铁路分布广而分散,给水点多,量小而分散,大多数给水点无法采用城市自来水供水。更有一些偏僻的站点,由于种种原因采用槽车运水,饮用水水质很难保证,这需要进行二次深度处理。同时,铁路生产生活废水很难并入当地市政污水处理系统,因此大多采用自行处理的方式。相比较而言,铁路给排水水量小,因此给排水处理设施应以小型、紧凑的一体化处理设备为主,整体采用集成化工艺,出水直接达标。

四、生物活性炭技术的发展

目前生物活性炭技术发展的主要方向有如下两个:

1、新型活性炭的开发。在20世纪60年代出现的活性炭纤维以其吸附容量大、吸附和解吸速率快、再生条件温和等优点得到迅速发展。开始出现了以活性炭纤维代替颗粒活性炭的新型生物活性炭工艺。

2、生物强化应用。生物强化技术又称生物增强技术,是为了提高废水处理系统的处理能力和效果而向该系统中投加专项高效微生物菌种,以达到对某种或某一类有害物质的去除或某方面性能优化的目的,从而实现对目标污染物去除的方法。

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