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）

活性炭對水中的溶解氧、可溶性有機物顆粒具有很強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物質,可以被微生物及其分泌的胞外酶進行降解,使得部分孔隙恢復吸附能力(再生),比表面積再生率可達69%。活性炭-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同作用進行的，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，降低處理成本。

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

1 不同載體吸附性能對比

1.1 溶解氧富集試驗

試驗用水為自來水，水溫18℃-22℃，進水溶解氧為7-8Mg/L。試驗共進行14小時，通過測定進出水溶解氧的變化計算各種載體對溶解氧的吸附量。對水中溶解氧的累計吸附量分別為：活性炭3.33 Mgo2/gc、焦碳0.96 Mgo2/gc、無煙煤1.19Mgo2/gc。活性炭對溶解氧的富集程度要比煤和焦碳高1.8-2.5倍。

1.2 有機物富集試驗

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

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吸附的性質去除有機物和進行脫氧，由于活性炭受到原料生產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格有較大的差異，因此正確使用是至關重要的。

活性炭在裝入過濾設備前必須進行預處理，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，再用清水沖洗至PH為6-7，裝柱后用5%HCL及4%NaOH溶液交替動態處理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合格后方可投入運行使用。

采用上述方案運行的污水處理廠，需要定期定量補充一些新炭，去除有機物近50%，濁度除去率和除氧率都達70%，活性炭的吸附率不斷下降。說明當前處理廠運行一般清洗不能完全解決問題。較大顆粒的膠體物質對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處理中應在粗濾之后進行。

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吸附能力，其再生過程是如何進行的，通過試驗分析結果，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吸附能力。

活性炭有巨大的表面積（1000M2/gc）和發達的孔隙結構，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.而大多數細菌大于1μm,少數細菌為5μm,因而細菌只能進入活性炭的大孔,而不能進入微孔內,只有細菌所分泌的胞外酶能夠降解吸附在微孔內有機物.胞外酶是由蛋白質組成的生物催化劑,可將細胞外的大分子有機物和不溶性有機物分解成小分子物質和可溶性物質,供微生物吸收和利用。酶的大小，按其呈球形時的直徑計算，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的酶的碎片可進入活性炭的微孔內，催化分解吸附在微孔內的有機分子化合物，由于活性炭對低分子量物質的吸附能力差，這些小分子物質就可以從炭的孔隙表面解吸下來，向外擴散，進入到大孔中和炭表面的微生物細胞體內，在細胞內酶催化下一部分合成細胞物質,一部分進一步氧化分解,最終以CO2、H2O及其它簡單物質形式,釋放到細菌體外。這樣，被有機物占據的部分吸附表面，在微生物作用下得以再生。

以再生結果分析，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，吸附在炭微孔內的有機物可以在微生物的胞外酶的作用下解吸下來，恢復微孔的吸附能力。

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。在運轉初期，由于活性炭對有機污染物的吸附能力要大于對微生物的吸附能力，在炭表面還未覆蓋住生物膜之前，炭孔內吸附了大量的有機物。當形成生物膜后，在炭表面發生的生物降解過程。而在活性炭孔隙內，則發生上述的生物再生過程。在實際運轉中，控制一定運行條件，經常沖洗炭柱，衰老的生物膜能及時脫落，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得到了擴大。

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。在運轉初期，由于活性炭對有機污染物的吸附能力要大于對微生物的吸附能力，在炭表面還未覆蓋住生物膜之前，炭孔內吸附了大量的有機物。當形成生物膜后，在炭表面發生的生物降解過程。而在活性炭孔隙內，則發生上述的生物再生過程。在實際運轉中，控制一定運行條件，經常沖洗炭柱，衰老的生物膜能及時脫落，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得到了擴大，炭的使用周期也相應被延長。在活性炭-生物膜法的連續運行中，處理過程和再生過程同時進行，就構成了吸附與降解的協同作用關系。

3.2 微生物再生活性炭的優點與局限性

活性炭是一種價格比較貴的吸附劑，影響活性炭吸附處理成本的主要因素是炭的再生問題。傳統的高溫加熱再生，不僅再生設備復雜，而且炭的損耗量也較大，同時消耗動力較大，這對于能源缺乏的行業及中小型企業來說，是不太現實的。微生物再生法所雖不及熱再生徹底，但此法簡便易行，特別是在活性炭-生物膜法中，由于吸附和降解的協同作用，使污水的處理和活性炭再生的過程同時進行，而不必另行再生處理，這樣便于運行管理，節約能源，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的適應范圍，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入活性炭的微孔，所以，即使被吸附的物質都能被微生物降解，也只能使部分失效的活性炭得以再生；二是由于工業廢水的成分復雜，含有許多人工合成的物質和一些有毒物質，這些物質很難被微生物降解，這些難以生化的物質就會積累在活性炭孔隙內，越來越多地占據了炭的吸降表面，導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研究[D].蘭州理工大學，2011，05，24.