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理，概述了生物活性炭凈化污水的特點及處理的影響因素，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)略的實施，對污水進行處理變得日益重要。目前的污水深度處理技術(shù)主要是基于二級生化處理基礎(chǔ)上進行消毒、混凝、過濾等工藝，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有效的處理工藝。其中活性炭以其比表面積大、吸附性能強等優(yōu)點近年來被廣泛利用，但其同時具有吸附容量有限、再生困難等缺陷大大限制了其應(yīng)用范圍。針對這些缺陷，生物活性炭技術(shù)應(yīng)運而出，很好地解決了活性炭易飽和問題，大大促進其實際應(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、吸附容積大；由于活性炭內(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，同時內(nèi)部細(xì)孔分布不同，造成了相同比較面積的活性炭，對同一種物質(zhì)的吸附容量也有差異；活性炭內(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，在進行液相吸附時，吸附質(zhì)分子直徑較大，這時有些吸附質(zhì)通過過渡孔作為通道擴散到小微孔去，而大孔所起的作用也不大，因此，吸附質(zhì)的擴散速度受孔徑居中的過渡孔多少的影響，所以在液相吸附時對吸附劑過渡孔的數(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)、生活對水環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重，為了保護生態(tài)環(huán)境，在污水排放之前進行凈化處理是當(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的吸附功能，在水處理方面發(fā)揮著重要的作用。近年來，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，利用活性炭對有機物的密集作用和對水中溶解氧的選擇吸附特性，在營養(yǎng)物適宜的溫度條件下，使活性炭表面生長好氣微生物，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，可以在很大程度上提高廢水的處理效果、降低處理成本、簡化運行操作�？傊�在污水治理過程中，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理【3】
　　活性炭的吸附機理是利用內(nèi)部大量的微孔結(jié)構(gòu)對污水中存在的雜質(zhì)進行過濾、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。其作用機理是在污水處理構(gòu)筑物中布置活性炭床，并對其水環(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，無數(shù)通過活性炭床時，活性炭床同時發(fā)揮本身的吸附功能和微生物對污水中有機物的降解功能對污水進行凈化。過程中由于活性炭本身進行的是簡單的物理吸附，該過程將水中的營養(yǎng)物質(zhì)聚集起來，為炭床表面微生物降解有機物提供了有利條件，促進生物活性碳上的微生物對污染物的降解作用，消除或減輕污染物對微生物的抑制作用；在運行過程中，還可以通過控制污水中溶解氧濃度來調(diào)節(jié)生物活性炭床上的微生物種類，溶解氧濃度高時則有利于好養(yǎng)微生物的繁衍，相反溶氧值低則利于厭氧微生物生存，通過調(diào)節(jié)溶解氧值可以決定微生物種類從而對污水中不同污染物質(zhì)進行去除；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物質(zhì)吸附在活性炭表面，而為微生物對污染物進行分解獲取能量和營養(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微生物的抑制作用。
　　4生物活性炭工藝凈化污水的特點及影響因素
　　4.1凈化特點
　　使用周期延長、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物，為微生物氧化分解有機物提供了便利條件，改變了原來僅僅是靠活性炭進行簡單的物理吸附的狀況，從而延長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，在污水尤其是有機污染物較低的污水通過時，活性炭的吸附功能對污染物起到了富集的作用，更有利于微生物對其降級的進行，從而提高了污染物的降解速率；處理功能加強。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單獨作用時不能去除的微生物種類，同時對部分污染物的處理的效率比二者單獨作用也有所提高；增強抵抗性。生物活性炭能使微生物對污水中有機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，形成堅實和稠密的污泥，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要求：吸附容量大、吸附速度快、機械強度好。吸附過程是在吸附劑表面進行，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；同時吸附過程中的內(nèi)擴散對吸附速度影響很大，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渡孔發(fā)達(dá)，這有利于吸附質(zhì)向微孔中擴散，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；活性炭的機械強度，則直接影響活性炭的使用壽命。
　　4.2.2吸附質(zhì)性質(zhì)
　　對于相同的吸附劑，不同的吸附質(zhì)，吸附效果也不同。對同一族物質(zhì)的溶解度隨分子鏈的加長而降低，而吸附容量隨分子鏈加長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，不飽和鍵的有機物較飽和的易吸附，芳香族的有機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
　　吸附過程是一個散熱過程，過程中產(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吸附的影響越大，同時由于溫度對物質(zhì)的溶解度有影響造成對吸附也有影響，一般隨著溫度的升高吸附量會相應(yīng)減小。
　　4.2.4濃度
　　吸附質(zhì)濃度較低時，吸附等溫線接近于一條直線，此時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，但其增加程度會逐漸變緩，當(dāng)吸附劑表面被全部沾滿時，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出于某個范圍時部分化合物會發(fā)生離解，從而影響其吸附；溶液的PH值還會影響吸附質(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，活性炭對水中氫、氧離子的吸附會對其他離子的吸附造成影響。
　　4.2.6接觸時間
　　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，多種污染物質(zhì)之間對吸附效果既可能相互促進也可能相互干擾。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移位形成孔隙，造成短流；機械強度不夠，易產(chǎn)生碎屑，泄露時造成二次污染；再生相對困難等缺陷。針對以上缺陷，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的活性炭品種。
　　5.2生物強化應(yīng)用
　　生物強化技術(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)中投加專項高效微生物菌種，以達(dá)到對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，從而實現(xiàn)對目標(biāo)污染物高效去除的方法。在過程中使用的專項高效菌種是利用生物工程手段，針對不同的污染物，培訓(xùn)出的具有針對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時直接投加使用。該菌種一般具有專一性強、活性高、抗沖擊能力強、處理效率高、效果穩(wěn)定、培養(yǎng)時間短，能快速啟動和恢復(fù)系統(tǒng)運行等優(yōu)點。但是，由于在使用中會受到水利的沖擊，因此對該菌種的固定也成為近年來學(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度，改善了其通透性，有利于小球成型。
　　6結(jié)語
　　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，有針對性的進行產(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)：
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　　【2】烏錫康，金青萍．有機水污染治理技術(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（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】國家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會．水和廢水監(jiān)測分析方法(第4版)[M]．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社．2002.

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