活性炭的吸附与微生物的再生在污水处理中的作用

李云霞

（肇源县自来水公司，黑龙江 肇源 166500）

活性炭对水中的溶解氧、可溶性有机物颗粒具有很强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机物质,可以被微生物及其分泌的胞外酶进行降解,使得部分孔隙恢复吸附能力(再生),比表面积再生率可达69%。活性炭-生物膜法处理污水就是通过活性炭吸附和微生物降解的协同作用进行的，不但能较好的提高污水的处理效果，而且可使活性炭的使用周期延长，降低处理成本。

活性炭吸附已广泛用于给水的净化处理，同时活性炭吸附-生物膜法用于某些工业污水后期净化处理。

1 不同载体吸附性能对比

1.1 溶解氧富集试验

试验用水为自来水，水温18℃-22℃，进水溶解氧为7-8Mg/L。试验共进行14小时，通过测定进出水溶解氧的变化计算各种载体对溶解氧的吸附量。对水中溶解氧的累计吸附量分别为：活性炭3.33 Mgo2/gc、焦碳0.96 Mgo2/gc、无烟煤1.19Mgo2/gc。活性炭对溶解氧的富集程度要比煤和焦碳高1.8-2.5倍。

1.2 有机物富集试验

有机物选用一种水溶性的活性染料XBR-艳蓝，为蓝色粉末，溶解度（50℃）70g/L，分子量642.39。配XBR-艳蓝溶液浓度为3×10-4Mol/L，水温 15℃-20℃，pH 值中性，染料溶液与吸附剂接触时间约为2小时，测定出水的光密度变化，计算在一定通水量时载体的吸附容量。其结果是：当通过填料柱的XBR-艳蓝的重量为填料重量1.2倍时，活性炭对XBR-艳蓝的吸附量近似零。

2 活性炭的正确使用

活性炭在污水处理中主要是利用化学吸附的性质去除有机物和进行脱氧，由于活性炭受到原料生产工艺多方面因素的影响而使其本身的吸附性能和成品的价格有较大的差异，因此正确使用是至关重要的。

活性炭在装入过滤设备前必须进行预处理，方法是将活性炭用清水浸泡搅拌，去除漂浮物直至清洁为止。如炭中污物较多，清洗之后用5%HCL溶液浸泡1小时，再用清水冲洗至PH为6-7，装柱后用5%HCL及4%NaOH溶液交替动态处理1-3次，流速为18-21m/h，用量为活性炭体积的3倍左右，然后清洗至中性。

活性炭在使用中须定期反洗和再生，其方法是：

②蒸汽吹洗：用294kPa的饱和蒸汽吹洗15-20分钟。

③NaOH淋洗：NaOH浓度一般采用6-8%，温度40℃，NaOH的用量可为活性炭体积的1.2-1.5倍。

④正洗：用原水顺流到出水水质合格后方可投入运行使用。

采用上述方案运行的污水处理厂，需要定期定量补充一些新炭，去除有机物近50%，浊度除去率和除氧率都达70%，活性炭的吸附率不断下降。说明当前处理厂运行一般清洗不能完全解决问题。较大颗粒的胶体物质对活性炭的吸附带来极为有害的影响。因此活性炭吸附过滤在预处理中应在粗滤之后进行。

3 微生物再生活性炭的探讨

利用微生物的活性，是否能使失效的活性炭恢复吸附能力，其再生过程是如何进行的，通过试验分析结果，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复吸附能力。

活性炭有巨大的表面积（1000M2/gc）和发达的孔隙结构，其中95%的表面积是由孔径<40A0的微孔提供的，中孔（40-2000 A0）约占总表面积的5%，大孔（2000-4000 A0）的表面积仅有0.5-2 M2/gc.而大多数细菌大于1μm,少数细菌为5μm,因而细菌只能进入活性炭的大孔,而不能进入微孔内,只有细菌所分泌的胞外酶能够降解吸附在微孔内有机物.胞外酶是由蛋白质组成的生物催化剂,可将细胞外的大分子有机物和不溶性有机物分解成小分子物质和可溶性物质,供微生物吸收和利用。酶的大小，按其呈球形时的直径计算，为0.01-1μm。在适宜的条件下，许多酶都能被活性炭大量吸附，一些较小分子量的酶或具有活性基团的酶的碎片可进入活性炭的微孔内，催化分解吸附在微孔内的有机分子化合物，由于活性炭对低分子量物质的吸附能力差，这些小分子物质就可以从炭的孔隙表面解吸下来，向外扩散，进入到大孔中和炭表面的微生物细胞体内，在细胞内酶催化下一部分合成细胞物质,一部分进一步氧化分解,最终以CO2、H2O及其它简单物质形式,释放到细菌体外。这样，被有机物占据的部分吸附表面，在微生物作用下得以再生。

以再生结果分析，若用比表面积的变化衡量再生效果，再生率为69%，其中微孔的再生率为62%。这说明，吸附在炭微孔内的有机物可以在微生物的胞外酶的作用下解吸下来，恢复微孔的吸附能力。

微生物的再生作用，也同样存在于活性炭-生物墨法处理污水的过程中。在运转初期，由于活性炭对有机污染物的吸附能力要大于对微生物的吸附能力，在炭表面还未覆盖住生物膜之前，炭孔内吸附了大量的有机物。当形成生物膜后，在炭表面发生的生物降解过程。而在活性炭孔隙内，则发生上述的生物再生过程。在实际运转中，控制一定运行条件，经常冲洗炭柱，衰老的生物膜能及时脱落，活性炭的吸附表面不断更新，这样就形成了边吸附，边降解，边解吸的过程，活性炭的吸附容量相应得到了扩大。

微生物再生作用，也同样存在于活性炭-生物膜法处理污水过程中。在运转初期，由于活性炭对有机污染物的吸附能力要大于对微生物的吸附能力，在炭表面还未覆盖住生物膜之前，炭孔内吸附了大量的有机物。当形成生物膜后，在炭表面发生的生物降解过程。而在活性炭孔隙内，则发生上述的生物再生过程。在实际运转中，控制一定运行条件，经常冲洗炭柱，衰老的生物膜能及时脱落，活性炭的吸附表面不断更新，这样就形成了边吸附，边降解，边解吸的过程，活性炭的吸附容量相应得到了扩大，炭的使用周期也相应被延长。在活性炭-生物膜法的连续运行中，处理过程和再生过程同时进行，就构成了吸附与降解的协同作用关系。

3.2 微生物再生活性炭的优点与局限性

活性炭是一种价格比较贵的吸附剂，影响活性炭吸附处理成本的主要因素是炭的再生问题。传统的高温加热再生，不仅再生设备复杂，而且炭的损耗量也较大，同时消耗动力较大，这对于能源缺乏的行业及中小型企业来说，是不太现实的。微生物再生法所虽不及热再生彻底，但此法简便易行，特别是在活性炭-生物膜法中，由于吸附和降解的协同作用，使污水的处理和活性炭再生的过程同时进行，而不必另行再生处理，这样便于运行管理，节约能源，减少炭的损耗，降低污水处理成本。

微生物再生活性炭的作用可以肯定，但这种再生方法有一定局限性和相应的适应范围，只能使失效的活性炭部分获得再生。其原因一是有部分分子量较小的特异性胞外酶或其活性碎片能够进入活性炭的微孔，所以，即使被吸附的物质都能被微生物降解，也只能使部分失效的活性炭得以再生；二是由于工业废水的成分复杂，含有许多人工合成的物质和一些有毒物质，这些物质很难被微生物降解，这些难以生化的物质就会积累在活性炭孔隙内，越来越多地占据了炭的吸降表面，导致最终使活性炭丧失吸附能力。

[1]王婷婷.纳米活性碳纤维SBR法处理生活污水的试验研究[D].兰州理工大学，2011，05，24.