摘要：總結(jié)了活性炭的特征、作用及處理污水中污染物的機(jī)理，概述了生物活性炭?jī)艋�污水的特點(diǎn)及處理的影響因素，并展望了生物活性炭技術(shù)的發(fā)展方向。
　　關(guān)鍵詞：活性炭；污水處理；吸附；凈化
　　0引言：
　　隨著國(guó)內(nèi)水資源污染、短缺矛盾的日益突出和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，對(duì)污水進(jìn)行處理變得日益重要。目前的污水深度處理技術(shù)主要是基于二級(jí)生化處理基礎(chǔ)上進(jìn)行消毒、混凝、過(guò)濾等工藝，最終出水一般僅能滿足綠化、洗車、沖廁以及工企業(yè)內(nèi)部冷卻用水等用途，若想得到水質(zhì)更好處理水則必須采用更加切實(shí)有效的處理工藝。其中活性炭以其比表面積大、吸附性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)近年來(lái)被廣泛利用，但其同時(shí)具有吸附容量有限、再生困難等缺陷大大限制了其應(yīng)用范圍。針對(duì)這些缺陷，生物活性炭技術(shù)應(yīng)運(yùn)而出，很好地解決了活性炭易飽和問(wèn)題，大大促進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用的程度。
　　1活性炭的特征
　　比表面積大�；钚蕴康谋缺砻娣e一般高達(dá)500m2/g～1700m2/g，大的比表面積導(dǎo)致活性炭吸附能力強(qiáng)、吸附容積大；由于活性炭?jī)?nèi)部的細(xì)孔結(jié)構(gòu)隨原料、活化方法、活化條件不同而異，同時(shí)內(nèi)部細(xì)孔分布不同，造成了相同比較面積的活性炭，對(duì)同一種物質(zhì)的吸附容量也有差異；活性炭?jī)?nèi)部是由大量的微孔組成，微孔表面積占活性炭總表面積的95%以上，在進(jìn)行液相吸附時(shí)，吸附質(zhì)分子直徑較大，這時(shí)有些吸附質(zhì)通過(guò)過(guò)渡孔作為通道擴(kuò)散到小微孔去，而大孔所起的作用也不大，因此，吸附質(zhì)的擴(kuò)散速度受孔徑居中的過(guò)渡孔多少的影響，所以在液相吸附時(shí)對(duì)吸附劑過(guò)渡孔的數(shù)量也是有要求的。因此活性炭具有大量的微孔結(jié)構(gòu)微孔與其他吸附劑相比具有優(yōu)越的特征【1】。
　　2生物活性炭的作用
　　人類生產(chǎn)、生活對(duì)水環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重，為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，在污水排放之前進(jìn)行凈化處理是當(dāng)務(wù)之急。其中活性炭因其特殊的微晶結(jié)構(gòu)、孔隙發(fā)達(dá)、比表面積大而具有極強(qiáng)的吸附功能，在水處理方面發(fā)揮著重要的作用。近年來(lái)，人們發(fā)明了生物活性炭新工藝，即在曝氣池中投入一定量的活性炭，利用活性炭對(duì)有機(jī)物的密集作用和對(duì)水中溶解氧的選擇吸附特性，在營(yíng)養(yǎng)物適宜的溫度條件下，使活性炭表面生長(zhǎng)好氣微生物，將活性炭的吸附作用和微生物的分解氧化作用協(xié)同起來(lái)，可以在很大程度上提高廢水的處理效果、降低處理成本、簡(jiǎn)化運(yùn)行操作。總之在污水治理過(guò)程中，活性炭能抑制藻類發(fā)生；除去由微生物產(chǎn)生的異臭、異味；去除妨礙生物處理的農(nóng)藥、塑料等有毒有害物質(zhì)；去除腐植酸、BOD、COD、油等；降低污水色度；制造再循環(huán)用水等作用【2】。
　　3生物活性炭處理污水的機(jī)理【3】
　　活性炭的吸附機(jī)理是利用內(nèi)部大量的微孔結(jié)構(gòu)對(duì)污水中存在的雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾、攔截，從而起到了去除的作用，當(dāng)活性炭吸附能力下降后還可以利用再生的方法恢復(fù)其吸附功能；生物活性炭是利用微生物分解氧化污水中某些物質(zhì)的特性與活性炭本身的吸附功能相結(jié)合的微生物與活性炭的結(jié)合體。其作用機(jī)理是在污水處理構(gòu)筑物中布置活性炭床，并對(duì)其水環(huán)境內(nèi)輸入充足的氧，活性炭表面的粗糙特性在具有遮擋水流的剪斷力作用的同時(shí)可以吸附大量的微生物，使微生物能夠在活性炭床上生存繁衍，無(wú)數(shù)通過(guò)活性炭床時(shí)，活性炭床同時(shí)發(fā)揮本身的吸附功能和微生物對(duì)污水中有機(jī)物的降解功能對(duì)污水進(jìn)行凈化。過(guò)程中由于活性炭本身進(jìn)行的是簡(jiǎn)單的物理吸附，該過(guò)程將水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)聚集起來(lái)，為炭床表面微生物降解有機(jī)物提供了有利條件，促進(jìn)生物活性碳上的微生物對(duì)污染物的降解作用，消除或減輕污染物對(duì)微生物的抑制作用；在運(yùn)行過(guò)程中，還可以通過(guò)控制污水中溶解氧濃度來(lái)調(diào)節(jié)生物活性炭床上的微生物種類，溶解氧濃度高時(shí)則有利于好養(yǎng)微生物的繁衍，相反溶氧值低則利于厭氧微生物生存，通過(guò)調(diào)節(jié)溶解氧值可以決定微生物種類從而對(duì)污水中不同污染物質(zhì)進(jìn)行去除；微生物與污染物相互作用。由于活性炭的吸附作用使大量的有機(jī)物質(zhì)吸附在活性炭表面，而為微生物對(duì)污染物進(jìn)行分解獲取能量和營(yíng)養(yǎng)提供了有利條件，可以在很大程度上消除或減輕污染物對(duì)微生物的抑制作用。
　　4生物活性炭工藝凈化污水的特點(diǎn)及影響因素
　　4.1凈化特點(diǎn)
　　使用周期延長(zhǎng)、吸附容量提高。由于生物活性炭表面吸附了大量微生物和廢水中的有機(jī)物，為微生物氧化分解有機(jī)物提供了便利條件，改變了原來(lái)僅僅是靠活性炭進(jìn)行簡(jiǎn)單的物理吸附的狀況，從而延長(zhǎng)了活性炭的使用周期，也提高了活性炭的吸附容量以及其通水倍數(shù)；提高了污染物降解速率。由于活性炭本身的吸附功能，在污水尤其是有機(jī)污染物較低的污水通過(guò)時(shí)，活性炭的吸附功能對(duì)污染物起到了富集的作用，更有利于微生物對(duì)其降級(jí)的進(jìn)行，從而提高了污染物的降解速率；處理功能加強(qiáng)。生物活性炭法具有微生物和活性炭的疊加和協(xié)同作用，由于這種相互作用使污染物的去除效果得到提高，不僅能夠去除部分原來(lái)單獨(dú)作用時(shí)不能去除的微生物種類，同時(shí)對(duì)部分污染物的處理的效率比二者單獨(dú)作用也有所提高；增強(qiáng)抵抗性。生物活性炭能使微生物對(duì)污水中有機(jī)毒物和重金屬的抗性提高，產(chǎn)生有凝聚力的炭體和微生物，形成堅(jiān)實(shí)和稠密的污泥，改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)【4】。
　　4.2影響因素
　　4.2.1吸附劑性質(zhì)
　　用于水處理的活性炭一般有三點(diǎn)要求：吸附容量大、吸附速度快、機(jī)械強(qiáng)度好。吸附過(guò)程是在吸附劑表面進(jìn)行，所以比表面積越大，微孔數(shù)量越多，可吸附在細(xì)孔壁上的吸附質(zhì)就越多，吸附能力越強(qiáng)；同時(shí)吸附過(guò)程中的內(nèi)擴(kuò)散對(duì)吸附速度影響很大，所以活性炭的微孔分布也是影響吸附效果的重要因素，用于水處理的活性炭要求過(guò)渡孔發(fā)達(dá)，這有利于吸附質(zhì)向微孔中擴(kuò)散，但阻力損失要增大。此外活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)、極性及所帶電荷，也影響吸附的效果；活性炭的機(jī)械強(qiáng)度，則直接影響活性炭的使用壽命。
　　4.2.2吸附質(zhì)性質(zhì)
　　對(duì)于相同的吸附劑，不同的吸附質(zhì)，吸附效果也不同。對(duì)同一族物質(zhì)的溶解度隨分子鏈的加長(zhǎng)而降低，而吸附容量隨分子鏈加長(zhǎng)或分子量的增大而增加，即溶解度越小，越易吸附；吸附速度受內(nèi)擴(kuò)散速度的影響，所以在吸附質(zhì)(溶質(zhì))分子與活性炭孔徑成一定比例時(shí)最利于吸附。在同系物中一般是分子大的較分子小的易吸附，不飽和鍵的有機(jī)物較飽和的易吸附，芳香族的有機(jī)污染物同其他類型相比易于吸附；由于活性炭是一種非極性物質(zhì)，所以對(duì)污水中非極性污染物的吸附能力較高【5】。
　　4.2.3溫度
　　吸附過(guò)程是一個(gè)散熱過(guò)程，過(guò)程中產(chǎn)生的熱量稱為吸附熱，即活性炭吸附單位重量的吸附質(zhì)(溶質(zhì))放出的總熱量。一般情況下吸附熱越大則溫度對(duì)吸附的影響越大，同時(shí)由于溫度對(duì)物質(zhì)的溶解度有影響造成對(duì)吸附也有影響，一般隨著溫度的升高吸附量會(huì)相應(yīng)減小。
　　4.2.4濃度
　　吸附質(zhì)濃度較低時(shí)，吸附等溫線接近于一條直線，此時(shí)吸附劑表面很大部分是空的，該種狀況下吸附質(zhì)大部分被吸附，但隨著濃度增加，吸附量雖有所增加，但其增加程度會(huì)逐漸變緩，當(dāng)吸附劑表面被全部沾滿時(shí)，吸附達(dá)到飽和狀態(tài)，吸附量不隨濃度的增加而增加。
　　4.2.5溶液pH
　　溶液pH值決定了溶液內(nèi)部酸性或堿性化合物的離解度，因此，在PH出于某個(gè)范圍時(shí)部分化合物會(huì)發(fā)生離解，從而影響其吸附；溶液的PH值還會(huì)影響吸附質(zhì)的溶解度，影響膠體物質(zhì)吸附質(zhì)(溶質(zhì))的帶電情況；同時(shí)，活性炭對(duì)水中氫、氧離子的吸附會(huì)對(duì)其他離子的吸附造成影響。
　　4.2.6接觸時(shí)間
　　吸附效果與吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，達(dá)到吸附平衡所用的時(shí)間也不同，因此，為了能夠保證良好的吸附效果必須保證吸附劑與吸附質(zhì)有充足的接觸時(shí)間。
　　4.2.7多組分共存
　　通常所需處理的污水含有多種污染物質(zhì)，是多組分污染物的混合物，因此，在吸附時(shí)，多種污染物質(zhì)之間對(duì)吸附效果既可能相互促進(jìn)也可能相互干擾。一般情況下，單組份污染物的吸附高于多組分污染物的吸附容量。
　　5生物活性炭技術(shù)發(fā)展
　　5.1新型品種開發(fā)
　　作為吸附和生物載體的活性炭顆粒有顆粒易松動(dòng)移位形成孔隙，造成短流；機(jī)械強(qiáng)度不夠，易產(chǎn)生碎屑，泄露時(shí)造成二次污染；再生相對(duì)困難等缺陷。針對(duì)以上缺陷，應(yīng)著力開發(fā)吸附容量大、吸附和解吸速率快、再生條件溫和等特點(diǎn)的活性炭品種。
　　5.2生物強(qiáng)化應(yīng)用
　　生物強(qiáng)化技術(shù)是為了提高廢水處理系統(tǒng)的處理能力和處理效果而向該系統(tǒng)中投加專項(xiàng)高效微生物菌種，以達(dá)到對(duì)某種或某一類有害物質(zhì)的去除或某方面性能優(yōu)化的目的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)污染物高效去除的方法。在過(guò)程中使用的專項(xiàng)高效菌種是利用生物工程手段，針對(duì)不同的污染物，培訓(xùn)出的具有針對(duì)性降解能力的微生物，再將其制配成干粉狀，在污水生化工藝啟動(dòng)時(shí)直接投加使用。該菌種一般具有專一性強(qiáng)、活性高、抗沖擊能力強(qiáng)、處理效率高、效果穩(wěn)定、培養(yǎng)時(shí)間短，能快速啟動(dòng)和恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于在使用中會(huì)受到水利的沖擊，因此對(duì)該菌種的固定也成為近年來(lái)學(xué)者的研究新課題。尹艷娥等【6】發(fā)明了固定化生物活性炭纖維小球處理廢水，結(jié)果由于活性炭纖維的加人大大提高了小球的強(qiáng)度，改善了其通透性，有利于小球成型。
　　6結(jié)語(yǔ)
　　活性炭吸附污水中污染物具有良好的效果，但是由于其易飽和，并且再生困難而在實(shí)際使用中受到限制，生物活性炭則在很大程度上解決了這一缺陷，但是其使用效果也受到多種因素的限制，因此，在以后的產(chǎn)品開發(fā)中，有針對(duì)性的進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，才能逐步解決其缺陷以及受影響程度，更好的為污水治理行業(yè)效力。
　　參考文獻(xiàn)：
　　【1】許保玖．當(dāng)代給水與廢水處理原理講義[M]．北京：清華大學(xué)出版社，1953．
　　【2】烏錫康，金青萍．有機(jī)水污染治理技術(shù)[M]．上海：華東化工學(xué)院出版杜，1989．
　　【3】尹艷娥，胡中華，李秋瑜．固定化生物活性炭纖維小球處理苯酚廢水研究[J]．中國(guó)給水排水，2006，22(3)：93—95.
　　【4】張偉，劉顯法，王賢清等.活性炭生物膜法處理生活污水[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1991年第15卷第5期.
　　【5】霍夫里特M，斯泰因比歇爾A編，郭圣榮譯．2O04．生物高分子(1)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，294—3O4.
　　【6】國(guó)家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì)．水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第4版)[M]．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社．2002.

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自：http://www.jinnzone.com/dianlilw/4815.html