生物活性炭纖維的制備及其水處理研究

摘 要：基于微生物固定于活性炭纖維以此來處理微污染原水的分析，就生物活性炭纖維的制備及其水處理這個(gè)課題進(jìn)行了較為深入的探討，以期能為深度處理水這一技術(shù)提供一些理論參考。

關(guān)鍵詞：活性炭纖維；水處理；微生物固定

1 引言

把微生物固定于活性炭上，促使活性炭吸附容量的提升及其使用年限的延長(zhǎng)，以此來達(dá)到水中有機(jī)物降解能力的大幅度增強(qiáng)，這就是生物活性炭技術(shù)的一大顯著優(yōu)點(diǎn)。自上世紀(jì)五十年代以來，這種技術(shù)就在很多西方發(fā)達(dá)國(guó)家得到普遍的應(yīng)用；但在具體應(yīng)用當(dāng)中，顆?；钚蕴俊@種生物載體，依然存在著諸多不足，如顆粒不緊湊易生成空隙，機(jī)械強(qiáng)度較差，易形成碎屑而帶來二次污染等。作為一種新型的活性炭材料——活性炭纖維，其一大特點(diǎn)就是高效；正是其結(jié)構(gòu)的獨(dú)具特點(diǎn)，致使其性能比普通活性炭來得更優(yōu)越，例如，具有更大的吸附量、更高的機(jī)械強(qiáng)度及更快的脫附吸附速度。在實(shí)施水處理實(shí)驗(yàn)中，以活性炭作為生物載體，這個(gè)實(shí)驗(yàn)已積累了一定的成功經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐表明，相比于市場(chǎng)上銷售的各種有機(jī)高分子材料，活性炭纖維具有更為優(yōu)越的生物相容性；例如，活性炭纖維的微生物固著化速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于市售有機(jī)高分子材料（通常前者為后者的10倍左右），且活性炭纖維具有高比表面積，故活性炭纖維更有利于微生物的掛膜及固著。正是基于活性炭纖維具有諸多優(yōu)勢(shì)，以下結(jié)合把微生物固定于活性炭纖維以此來處理微污染原水的分析，就生物活性炭纖維的制備及其水處理這個(gè)課題進(jìn)行一些探討，以期能為深度處理水技術(shù)提供一些理論依據(jù)。

2 關(guān)于生物活性炭纖維的制備及其水處理的探討

2.1 關(guān)于實(shí)驗(yàn)材料的分析

2.1.1 活性炭纖維：取自國(guó)內(nèi)某知名活性炭纖維廠所生產(chǎn)的粘膠基ACF氈及某煤氣公司所生產(chǎn)的瀝青基ACF絲，具體參數(shù)如表1所示：

表1 實(shí)驗(yàn)材料參數(shù)

2.1.2 水處理墊層材料：選用普通市售產(chǎn)品、粒徑為一毫米左右的石英砂。

2.1.3 活性污泥：取自某污水廠曝氣池。這種活性污泥為肉眼可見的絨絮狀微生物共同體，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，是由多種微生物、懸浮物、無機(jī)物及有機(jī)物所共同構(gòu)成的。應(yīng)用于本實(shí)驗(yàn)中的有待進(jìn)一步處理的原水為某地內(nèi)河河水，其CODMN（高錳酸鉀鹽指數(shù)）約為20mg/L左右，其水源遭到輕微污染，靜置一天后，把最上層清液取出來，在混合于取自某城市自來水管網(wǎng)末端的水中。

2.2 關(guān)于實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法的分析

本實(shí)驗(yàn)中所需要的參數(shù)測(cè)定方法，具體如表2所示。

表2 參數(shù)測(cè)定方法

其中，有關(guān)生物在炭表面的生長(zhǎng)狀況，以掃描電鏡來進(jìn)行觀察。

2.3 關(guān)于實(shí)驗(yàn)方法的分析

2.3.1 預(yù)處理及裝填材料。把原生水進(jìn)行二次去離子，得到高純水，以此高純水來多次沖洗ACF和石英砂，在此基礎(chǔ)上，再把ACF和石英砂浸泡高純水中兩天后，輕微進(jìn)行揉擦，再以高純水進(jìn)行多次沖洗后，放入溫度高達(dá)140攝氏度烘箱進(jìn)行烘干四十八小時(shí)；完成后再?gòu)暮嫦淙〕霾⒎胖糜诿荛]容器內(nèi)保存，以備下次使用。把預(yù)處理的ACF進(jìn)行壓碎，使之成為長(zhǎng)度在2毫米左右的碎屑，再以柱直徑為2厘米、有效裝填高度為30厘米左右的有機(jī)玻璃柱來裝入這些碎屑；其中，A-20ACF的裝填密度約為0.04g/cm2左右，而J-10ACF和J-12ACF的裝填密度均為0.08g/cm2左右。

2.3.2 微生物培養(yǎng)液制備。（1）污泥上清液：選取2升左右的活性污泥，在此活性污泥中分別加入5升河水和5升管網(wǎng)水（取自某城市自來水管網(wǎng)末端的水），以此方法來制取混合液（大約12升左右）。完成混合液配制后，再以氣泵來進(jìn)行暖氣，以此來促使水中溶解氧的持續(xù)增加，并把氯化鈣、磷酸氫鐵、硫酸鎂及氯化鐵等物質(zhì)若干量加入，具體如表3所示。

表3 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)列表

完成以上操作后，確保培養(yǎng)液中的磷、氮及BOD5的質(zhì)量比為1∶5∶100。以碳酸氫鈉來對(duì)PH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之維持在6.8-7.5之間，以保障能與微生物生長(zhǎng)條件相符合。把氣泵進(jìn)行曝氣三天后，在進(jìn)行靜置一天后，再把上層懸液取出來，這就是SL培養(yǎng)液（污泥上清液）。

（2）菌液：實(shí)行無細(xì)菌操作，采用平板劃線這種方法來純種分離活性污泥和原水中的細(xì)菌，把肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基及肉膏蛋白胨培養(yǎng)基分別作為固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基。相互進(jìn)行分離以后，就可獲得十二個(gè)互不相同的菌落，把不同菌落分別挑取出來，在固體斜面培養(yǎng)基中進(jìn)行接種，以備純化，在保存時(shí)一定要予以編號(hào)。再次以平板劃線法來對(duì)菌種進(jìn)行純化，為備后用，在固體斜面培養(yǎng)基中再進(jìn)行接種單菌落。在液體全營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基中混合接種所分離出來的不同菌種，曝氣于空氣中，基于32攝氏度這一條件下進(jìn)行培養(yǎng)12小時(shí)后，再把適量的高純水和原水加入，使之不間歇地曝氣，實(shí)行貧營(yíng)養(yǎng)及原水馴化，就可獲得所需要的純化細(xì)菌培養(yǎng)液。再測(cè)定出細(xì)菌總數(shù)量，確保菌液中細(xì)菌總數(shù)量維持在108MPN/mL左右。

2.3.3 微生物固定。（1）自然掛膜：對(duì)裝填有ACF的處理柱先實(shí)施曝氣處理，為改善微生物自然生長(zhǎng)條件，可添加少量諸如蛋白胨等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，再把待處理的原水直接通入；在此基礎(chǔ)上，再選用重力流固定窗這一方式，與原水一起進(jìn)行處理裝置，確保進(jìn)水負(fù)荷維持在0.5Ml/min.g左右。（2）人工掛膜：基于BAC這種用得較多的循環(huán)物理固定法，以泵提升培養(yǎng)液，經(jīng)過ACF柱，一直重復(fù)六小時(shí)左右，確保培養(yǎng)液中的微生物能在填料上固定下來，以生成生物活性炭纖維（BACF）。

2.3.4 進(jìn)行原水處理。固定完畢處理柱的微生物之后，以由一份河水和四分管網(wǎng)水配制好的原水實(shí)施原水處理流程，確保處理柱的單位負(fù)荷維持在0.50Ml/（min.g）之間，以高錳酸鉀指數(shù)來表征進(jìn)出水水質(zhì)。具體原水處理裝置如下圖所示。

3 結(jié)束語

總之，相比于傳統(tǒng)生物活性炭，生物活性炭纖維不僅具有更快的吸附速度，而且還具有更大的吸附容量；因此，BACF（活性炭纖維）是一項(xiàng)比BAC（傳統(tǒng)生物活性炭技術(shù)）更為先進(jìn)的全新的水處理技術(shù)，在實(shí)際當(dāng)中具有極為廣泛的應(yīng)用前景。

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作者簡(jiǎn)介：毛怡倩（1987，8-），女，漢族，江蘇蘇州人，本科學(xué)歷，研究方向：環(huán)境污染控制工程。