生物活性炭处理

生物活性炭处理

陈卫欣译；姚芳校

校者按：本文为作者通过52篇论文及本人经验写成。文中提出了饮用水使用生物活性炭的意义，其与臭氧组合使用的效果，以及具体实践情况，指出虽采用生物活性炭费用稍下，但处理效果好、水质高、经济意义更大。尤其与臭氧组合使用更有特殊作用。在当前饮用水水质要求越来越高的情况下，生物活性炭的使用，已经受到了给水界瞩目。

1、序言：

“生物活性炭”设计方针定义为：利用活性炭的吸附以及活性炭层内微生物有机分解作用，延长活性炭吸附能力的方式。也就是说，它不仅有着活性炭的吸附力，也有着以粒状活性炭为载体，在其上生长的微生物的作用。这种处理方法即称为生物活性炭处理。

在欧洲，特别是以德国为中心，过去就利用这种技术。自从饮用水中出现了三卤甲烷的问题以后，在各国都很快地对此技术引起了注意，并取Biological Activated Carbon的字头，缩写为BAC。

特别是1978年美国环保局发表了暂定第1种饮用水规划修定案，规定了三卤甲烷（THM总）的最大容许浓度为100ug/l，并规定必须安装颗粒活性炭处理装置，因此BAC方法越来越受到公众的观注。可是对于这种规定，反对意见很多，结果它被搁置起来。以此为契机又把引入生物活性炭处理，作为人们积极讨论的话题。

在日本，为了降低三卤甲烷和对付异臭味，或者为了接受1984年在生活环境审议会上所定的“迎接高普及时代，自来水行政今后的方针”等，作为新的自来水的课题，以解决水质问题，准备了引入高度净水处理的资金，并提出了对策。

高度净水处理是指活性炭处理、臭氧处理和生物处理而言。特别指臭氧和活性炭处理的组合，利用充分发挥生物活性炭最大限度效果作用的设施，以极大有效地改善水质。

2、生物活性炭吸咐作用的工序相比，当前考虑由于活性炭表面的生物膜内产生的有机的分解，以及活性炭内部细孔内进行的吸附，或者伴随生物再生吸附的相互作用的结果，延长至其再生之前的生物活性炭作用时间是有可能的。

但是，也有研究人员对这种想法提出疑问。Benedek在法国的莫桑进行小型实验的结果，否定生物再生的论断。Peel Ben-edek,Mellevialle否定了生物活化的说法，得出了生物活性炭比吸附寿命长的原因，是各种物质在吸附速度上存在差异的结论。但是，Speitel Jr. Lu通过室内的柱状实验，研究了生物再生，而得出了如下结论：原水中加入和生物易分解性对硝基苯酚，加上相反的生物难分解性三氯乙烯，对硝基苯酚一开始分解，三氯乙烯吸附作用也开始发生，所以，生物再生是存在的。

新鲜活性炭开始使用不久活性炭产生穿透，在活性炭上的生物发挥活性，变成生物活性炭的时期，根据水温，微生物利用的原水中所含基质的种类、流入水中细菌浓度和种类，以及逆洗的方法和和频率的不同而异。Vander kooij根据的研究为20～30天即可完全成。Speitel Turakhia惠斯通湖的原水，在实验基地研究了生物活性炭公的时期，探讨了生物的再生有无恢复吸附能力的结果，报告了苯酚的生物分解从第30天开始，吸附的苯酚有约50%受到生物分解作用，对于在生物活性炭上生长的生物，有很多研究成果，多数研究者都提出优势种是假单胞菌属。另外观察报告中还有黄杆菌属、芽孢菌属、节杆菌属、气单胞菌属、不动杆菌属等。特别是Beek Bonde一致认同假单胞菌属，认为假单胞菌属产碱菌属是优越种。Rolli nger Dott在室内也进行了在灭菌活性炭上种植菌株的实验，确认了肺炎克雷伯氏菌和链环菌属粪便类在活性炭上不能生存。而埃氏大肠菌、假单胞aerug-inosa，假单胞putide能附着繁殖。Cummins和Nash在宾夕法尼亚洲的Beaver Fall市做实验，报告了流水中并不存在的大肠菌群经过粒状活性炭滤池流出的水中检验出730个/100ml。但是，实际上没有报告表明，在粒状活性炭滤池中活性炭上附着生长有害的微生物或者流出水中有病原生原泄漏的现象。

Den Blanken对活性炭上的生物进生观察，发现活性炭表面有多糖类、细菌类的生殖，在表面上形成

聚集。但是明确了生物不形成膜状。并且，生物附着以后，过滤继续进行，经过一年到一年半，活性炭的细孔内充满了多糖类和细菌。

Hansen证实了活性炭颗粒从滤池流出这一事实。在密执安州Mt.Clemens市净水厂，从操作者那里调查自来水中有黑色颗粒的结果上，得知絮凝形成不好，粉未活性炭就可能从滤池中漏掉。因为粉未炭微粒不反光，浊度很难检查出来。Camper Le Chev-allier等收集了9处净水厂的201个水样，用纱布过滤检查结果，证实了确有41。4%的水样有活性炭细片流出，其中存在一般细菌。

从生物活性炭流掉的生物，与过滤速度的变化和浊度的增加有影响，一般来说范围为50～1000个/ml.

从生物活性炭流掉的生物，多与活性灰的细片一起流出情况，考虑会影响以后的消毒效果。和等用仪器测定了从生物活性炭滤柱中流出和活性炭细片，对其消毒效果做了报告。根据此报告，证实了在模型试验中平均有36个/l（10～62个）活性炭颗粒（平均粒径6um）从滤柱中流出，并证实其中存在细菌。而且，用氯胺和游离氯进行消毒，接触了40分钟细菌只减少了0.5log。

如上所述，有已成为生物活性炭的颗粒活性炭已经确认从滤池流出，是带有大肠杆菌的报告。因为其中含有粪便性物质，所以，在使用生物活性炭时，消毒成为重要的讨论课题。Camper把几种水做为媒介，将病原体附着于未使用过的活性炭上，病原体能够较长时期内附着在活性炭上。重新将自来水原水那样含细菌的水过滤，进行同样的试验，病原体几乎没有被附着带出，所以一般为必考虑病原菌的繁殖和流出。

如果说生物活性炭作为载体，在其上生长的微生物可以发挥它的功能，活性炭以外的媒体，例如砂和无烟煤，促使微生物在其上繁殖，认可能看到差别。Camper Broadway用活性炭、砂和无烟煤做室内实验，测定流出水中的一般细菌数。活性炭与其他的载体相比，在其上附着的生物数要多。黑泽和真柄等人在室内实验中用活性炭和砂作比较，不论是悬浊物质的去除，还是氨的硝化，活性炭都要优越。

其理由是：Ying Webrt认为活性炭之所以比其他载体要好，是因为活性炭表面的吸咐氧较多，生物膜内有足够的基质，在生物再生上保持持续的吸咐力。

3、生物活性炭与臭氧组合效果

生物活性炭多与臭氧组合使用，通过臭氧处理，原水中的生物难分解性有机物变成易分解的物质，改善后期的生物活性炭的去除能力，使臭氧处理和生物活性处理继续成为高度净水处理的主流。以往交净水的前处理多采用前氯剂处理，由于增加大量的THM，所以逐渐有失推行在水处理程序中间进行氯剂处理、废止前氯剂处理的倾向，现在考虑引入臭氧处理代替，也是这个理由。

Heiker等将鲁尔河水做为原水在西德的米尔海姆的净水厂实验基地进行研究结果为，前氯剂处理会降低滤池中生物活性炭的生物活性，取而代之使用臭氯处理，不仅增加活性炭的吸咐量，还延长活炭的寿命。Neukrug等在费城的托里斯尔净水厂，引用特拉华河作为原水进行小型实验，使用前氯剂、凝聚、过滤处理并和未经处理的两种原水，进行臭氧处理，生物活性炭比较，未经前氨剂处理的更有效果。既然我们期待着生物活性炭处理中活性炭上微生物的作用，那么具有消毒力和氯剂浸入活性炭过滤层不很理想，也上当然的结果。

关于臭氧的处理效果有很多报告，即有说期待着好的处理效果的，又有说引入臭氧处理效果不变的等等，得至少没有报告说明臭氧处理成为障碍的。现在利用生物活性炭结合臭氧处理组合使用已成为主流。

Glaze Wallace在路易安娜州进行模型实验，以克罗斯湖水做为原水，关于臭氧处理的效果为：经过2 5周～44周生物活性炭处理的水稳定，三氯甲烷母体(THMFP)和总有机炭(TOC)去除50%，有无臭氧处理都于实验结果无关。Neukrug等在上述的费城的实验中，认为不会因为臭氧的处理而特别改善挥发性有机氯化合物与臭气的去除。丹保堤等人得到如下结论：臭氧处理可以提高生物分解能力，但却降低整体的吸咐能力。中道和皆川等人引用相模川的水作为原水试验，认为臭氧处理并没有什么效果。

但是，认为臭氧处理有效果的还是占多数。Dewaters D-iano将含有天然有机物的原水中在每的投入的臭氧，在每mg的TOC投入1mg的臭氧，提高原水中有机物质有生物分解能力，在短短的空塔接触时间内（3.9）去除了TOC（原水浓度为7mg/l）43%。Stephen等在天巴市用下水处理水做实验，仅用生物活性炭，TOC的去除率为55～61%，如果结合臭氧处理，则提高到72～82%。Wang等在哈尔滨以松花江水作原水进行