活性炭的吸附與微生物的再生在污水處理中的作用

李云霞

（肇源縣自來水公司，黑龍江 肇源 166500）

活性炭對(duì)水中的溶解氧、可溶性有機(jī)物顆粒具有很強(qiáng)的吸附能力和很高的吸附容量,被吸附在活性炭孔隙中的有機(jī)物質(zhì),可以被微生物及其分泌的胞外酶進(jìn)行降解,使得部分孔隙恢復(fù)吸附能力(再生),比表面積再生率可達(dá)69%?；钚蕴?生物膜法處理污水就是通過活性炭吸附和微生物降解的協(xié)同作用進(jìn)行的，不但能較好的提高污水的處理效果，而且可使活性炭的使用周期延長(zhǎng)，降低處理成本。

活性炭吸附已廣泛用于給水的凈化處理，同時(shí)活性炭吸附-生物膜法用于某些工業(yè)污水后期凈化處理。

1 不同載體吸附性能對(duì)比

1.1 溶解氧富集試驗(yàn)

試驗(yàn)用水為自來水，水溫18℃-22℃，進(jìn)水溶解氧為7-8Mg/L。試驗(yàn)共進(jìn)行14小時(shí)，通過測(cè)定進(jìn)出水溶解氧的變化計(jì)算各種載體對(duì)溶解氧的吸附量。對(duì)水中溶解氧的累計(jì)吸附量分別為：活性炭3.33 Mgo2/gc、焦碳0.96 Mgo2/gc、無煙煤1.19Mgo2/gc。活性炭對(duì)溶解氧的富集程度要比煤和焦碳高1.8-2.5倍。

1.2 有機(jī)物富集試驗(yàn)

有機(jī)物選用一種水溶性的活性染料XBR-艷藍(lán)，為藍(lán)色粉末，溶解度（50℃）70g/L，分子量642.39。配XBR-艷藍(lán)溶液濃度為3×10-4Mol/L，水溫 15℃-20℃，pH 值中性，染料溶液與吸附劑接觸時(shí)間約為2小時(shí)，測(cè)定出水的光密度變化，計(jì)算在一定通水量時(shí)載體的吸附容量。其結(jié)果是：當(dāng)通過填料柱的XBR-艷藍(lán)的重量為填料重量1.2倍時(shí)，活性炭對(duì)XBR-艷藍(lán)的吸附量近似零。

2 活性炭的正確使用

活性炭在污水處理中主要是利用化學(xué)吸附的性質(zhì)去除有機(jī)物和進(jìn)行脫氧，由于活性炭受到原料生產(chǎn)工藝多方面因素的影響而使其本身的吸附性能和成品的價(jià)格有較大的差異，因此正確使用是至關(guān)重要的。

活性炭在裝入過濾設(shè)備前必須進(jìn)行預(yù)處理，方法是將活性炭用清水浸泡攪拌，去除漂浮物直至清潔為止。如炭中污物較多，清洗之后用5%HCL溶液浸泡1小時(shí)，再用清水沖洗至PH為6-7，裝柱后用5%HCL及4%NaOH溶液交替動(dòng)態(tài)處理1-3次，流速為18-21m/h，用量為活性炭體積的3倍左右，然后清洗至中性。

活性炭在使用中須定期反洗和再生，其方法是：

②蒸汽吹洗：用294kPa的飽和蒸汽吹洗15-20分鐘。

③NaOH淋洗：NaOH濃度一般采用6-8%，溫度40℃，NaOH的用量可為活性炭體積的1.2-1.5倍。

④正洗：用原水順流到出水水質(zhì)合格后方可投入運(yùn)行使用。

采用上述方案運(yùn)行的污水處理廠，需要定期定量補(bǔ)充一些新炭，去除有機(jī)物近50%，濁度除去率和除氧率都達(dá)70%，活性炭的吸附率不斷下降。說明當(dāng)前處理廠運(yùn)行一般清洗不能完全解決問題。較大顆粒的膠體物質(zhì)對(duì)活性炭的吸附帶來極為有害的影響。因此活性炭吸附過濾在預(yù)處理中應(yīng)在粗濾之后進(jìn)行。

3 微生物再生活性炭的探討

利用微生物的活性，是否能使失效的活性炭恢復(fù)吸附能力，其再生過程是如何進(jìn)行的，通過試驗(yàn)分析結(jié)果，提出以下看法：

3.1 在微生物的作用下，可使失效的活性炭部分恢復(fù)吸附能力。

活性炭有巨大的表面積（1000M2/gc）和發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，其中95%的表面積是由孔徑<40A0的微孔提供的，中孔（40-2000 A0）約占總表面積的5%，大孔（2000-4000 A0）的表面積僅有0.5-2 M2/gc.而大多數(shù)細(xì)菌大于1μm,少數(shù)細(xì)菌為5μm,因而細(xì)菌只能進(jìn)入活性炭的大孔,而不能進(jìn)入微孔內(nèi),只有細(xì)菌所分泌的胞外酶能夠降解吸附在微孔內(nèi)有機(jī)物.胞外酶是由蛋白質(zhì)組成的生物催化劑,可將細(xì)胞外的大分子有機(jī)物和不溶性有機(jī)物分解成小分子物質(zhì)和可溶性物質(zhì),供微生物吸收和利用。酶的大小，按其呈球形時(shí)的直徑計(jì)算，為0.01-1μm。在適宜的條件下，許多酶都能被活性炭大量吸附，一些較小分子量的酶或具有活性基團(tuán)的酶的碎片可進(jìn)入活性炭的微孔內(nèi)，催化分解吸附在微孔內(nèi)的有機(jī)分子化合物，由于活性炭對(duì)低分子量物質(zhì)的吸附能力差，這些小分子物質(zhì)就可以從炭的孔隙表面解吸下來，向外擴(kuò)散，進(jìn)入到大孔中和炭表面的微生物細(xì)胞體內(nèi)，在細(xì)胞內(nèi)酶催化下一部分合成細(xì)胞物質(zhì),一部分進(jìn)一步氧化分解,最終以CO2、H2O及其它簡(jiǎn)單物質(zhì)形式,釋放到細(xì)菌體外。這樣，被有機(jī)物占據(jù)的部分吸附表面，在微生物作用下得以再生。

以再生結(jié)果分析，若用比表面積的變化衡量再生效果，再生率為69%，其中微孔的再生率為62%。這說明，吸附在炭微孔內(nèi)的有機(jī)物可以在微生物的胞外酶的作用下解吸下來，恢復(fù)微孔的吸附能力。

微生物的再生作用，也同樣存在于活性炭-生物墨法處理污水的過程中。在運(yùn)轉(zhuǎn)初期，由于活性炭對(duì)有機(jī)污染物的吸附能力要大于對(duì)微生物的吸附能力，在炭表面還未覆蓋住生物膜之前，炭孔內(nèi)吸附了大量的有機(jī)物。當(dāng)形成生物膜后，在炭表面發(fā)生的生物降解過程。而在活性炭孔隙內(nèi)，則發(fā)生上述的生物再生過程。在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，控制一定運(yùn)行條件，經(jīng)常沖洗炭柱，衰老的生物膜能及時(shí)脫落，活性炭的吸附表面不斷更新，這樣就形成了邊吸附，邊降解，邊解吸的過程，活性炭的吸附容量相應(yīng)得到了擴(kuò)大。

微生物再生作用，也同樣存在于活性炭-生物膜法處理污水過程中。在運(yùn)轉(zhuǎn)初期，由于活性炭對(duì)有機(jī)污染物的吸附能力要大于對(duì)微生物的吸附能力，在炭表面還未覆蓋住生物膜之前，炭孔內(nèi)吸附了大量的有機(jī)物。當(dāng)形成生物膜后，在炭表面發(fā)生的生物降解過程。而在活性炭孔隙內(nèi)，則發(fā)生上述的生物再生過程。在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，控制一定運(yùn)行條件，經(jīng)常沖洗炭柱，衰老的生物膜能及時(shí)脫落，活性炭的吸附表面不斷更新，這樣就形成了邊吸附，邊降解，邊解吸的過程，活性炭的吸附容量相應(yīng)得到了擴(kuò)大，炭的使用周期也相應(yīng)被延長(zhǎng)。在活性炭-生物膜法的連續(xù)運(yùn)行中，處理過程和再生過程同時(shí)進(jìn)行，就構(gòu)成了吸附與降解的協(xié)同作用關(guān)系。

3.2 微生物再生活性炭的優(yōu)點(diǎn)與局限性

活性炭是一種價(jià)格比較貴的吸附劑，影響活性炭吸附處理成本的主要因素是炭的再生問題。傳統(tǒng)的高溫加熱再生，不僅再生設(shè)備復(fù)雜，而且炭的損耗量也較大，同時(shí)消耗動(dòng)力較大，這對(duì)于能源缺乏的行業(yè)及中小型企業(yè)來說，是不太現(xiàn)實(shí)的。微生物再生法所雖不及熱再生徹底，但此法簡(jiǎn)便易行，特別是在活性炭-生物膜法中，由于吸附和降解的協(xié)同作用，使污水的處理和活性炭再生的過程同時(shí)進(jìn)行，而不必另行再生處理，這樣便于運(yùn)行管理，節(jié)約能源，減少炭的損耗，降低污水處理成本。

微生物再生活性炭的作用可以肯定，但這種再生方法有一定局限性和相應(yīng)的適應(yīng)范圍，只能使失效的活性炭部分獲得再生。其原因一是有部分分子量較小的特異性胞外酶或其活性碎片能夠進(jìn)入活性炭的微孔，所以，即使被吸附的物質(zhì)都能被微生物降解，也只能使部分失效的活性炭得以再生；二是由于工業(yè)廢水的成分復(fù)雜，含有許多人工合成的物質(zhì)和一些有毒物質(zhì)，這些物質(zhì)很難被微生物降解，這些難以生化的物質(zhì)就會(huì)積累在活性炭孔隙內(nèi)，越來越多地占據(jù)了炭的吸降表面，導(dǎo)致最終使活性炭喪失吸附能力。

[1]王婷婷.納米活性碳纖維SBR法處理生活污水的試驗(yàn)研究[D].蘭州理工大學(xué)，2011，05，24.