摘要：BAC技術(shu)結合并優化了(le)活性(xing)(xing)炭(tan)吸附和生(sheng)(sheng)物(wu)降(jiang)解兩種作用(yong)，在水(shui)處理方面凈(jing)水(shui)效果顯著。介(jie)紹了(le)生(sheng)(sheng)物(wu)活性(xing)(xing)炭(tan)技術(shu)處 理污(wu)水(shui)的作用(yong)機(ji)理，簡(jian)述了(le)近年來國內外生(sheng)(sheng)物(wu)活性(xing)(xing)炭(tan)技術(shu)在水(shui)處理中的研究(jiu)與應用(yong)，提出了(le)生(sheng)(sheng)物(wu)活性(xing)(xing)炭(tan)技術(shu)的發展方向。

關鍵(jian)詞：生物(wu)活性(xing)炭 水處理 作用(yong)機理 應用(yong)

隨著工業的(de)發展，飲(yin)用(yong)水(shui)源的(de)污(wu)染日(ri)益加劇(ju)，飲(yin)用(yong)水(shui)的(de) 衛生和安全(quan)也受(shou)(shou)到越(yue)來越(yue)廣泛(fan)的(de)關注(zhu)，水(shui)中(zhong)所(suo)含污(wu)染物的(de)種(zhong) 類和數量(liang)不(bu)斷增多，污(wu)染成分也越(yue)來越(yue)復雜(za)。采用(yong)常規(gui)的(de)水(shui) 處理方法(fa)已不(bu)能(neng)滿足(zu)要求，必須進行深度處理，一些作(zuo)用(yong)單 一的(de)材(cai)料(liao)(liao)和方法(fa)已不(bu)適用(yong)［1］。所(suo)以(yi)，來源廣泛(fan)且容易(yi)再生，能(neng) 反復利(li)用(yong)的(de)活性(xing)炭倍受(shou)(shou)關注(zhu)，其發達(da)的(de)細(xi)孔結構和特(te)異的(de)表 面特(te)性(xing)使它不(bu)僅具有極(ji)強的(de)吸(xi)附性(xing)能(neng)、氧化還原性(xing)能(neng)、電性(xing) 能(neng)，而且還可以(yi)與(yu)其它材(cai)料(liao)(liao)聯合應(ying)(ying)用(yong)，作(zuo)為催化劑(ji)及催化劑(ji) 和生物的(de)載(zai)體，所(suo)有這些結構特(te)性(xing)使活性(xing)炭在水(shui)處理技術中(zhong) 得(de)以(yi)廣泛(fan)應(ying)(ying)用(yong)［2］。

隨著顆粒活性(xing)(xing)炭（Granular Activated Carbon，GAC）廢水 處(chu)理(li)技(ji)術的(de)(de)發(fa)展，人們發(fa)現GAC表面極易于微(wei)生(sheng)(sheng)物的(de)(de)繁(fan)殖， 而且，具有微(wei)生(sheng)(sheng)物繁(fan)殖的(de)(de)活性(xing)(xing)炭使用(yong)壽命(ming)比無微(wei)生(sheng)(sheng)物的(de)(de) GAC要長(chang)。1978年，美國學者米勒（G.A.Miller）和(he)瑞士(shi)R.W. Rice首次采用(yong)了“生(sheng)(sheng)物活性(xing)(xing)炭”（Biological Activated Carbon， BAC）這一(yi)術語。其(qi)實(shi)，從20世(shi)紀60年代開始(shi)，歐(ou)洲一(yi)些國 家(jia)就用(yong)到BAC技(ji)術來深度處(chu)理(li)水，并取得良(liang)好的(de)(de)效果(guo)。我國 也于70年代開始(shi)對BAC進行研究，而在廢水處(chu)理(li)方面， BAC技(ji)術才剛剛起步，然而，該技(ji)術的(de)(de)優(you)越(yue)性(xing)(xing)在實(shi)際(ji)應用(yong)當 中為眾所公認(ren)的(de)(de)［3］。

1 BAC作用機理

生(sheng)物(wu)(wu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)（BAC）技術以粒狀活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)為載(zai)體(ti)，通過(guo)富集或人工固定化微生(sheng)物(wu)(wu)，在活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)表面形成生(sheng)物(wu)(wu)膜，利用(yong)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)吸附作(zuo)(zuo)用(yong)和生(sheng)物(wu)(wu)膜的(de)生(sheng)物(wu)(wu)降解作(zuo)(zuo)用(yong)來(lai)去(qu)除污染(ran)物(wu)(wu)。同時，生(sheng)物(wu)(wu)膜通過(guo)生(sheng)物(wu)(wu)降解活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)吸附的(de)部分污染(ran)物(wu)(wu)而再生(sheng)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)，從而大(da)大(da)延長活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)作(zuo)(zuo)用(yong)周(zhou)期。

（1）活性炭的(de)吸附作(zuo)用

活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)的吸附作用是(shi)通(tong)過活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)固體表面具(ju)有(you)(you)多孔(kong)性(xing)(xing)(xing)(xing) 的特點(dian)，吸附去除污(wu)水或廢(fei)水中(zhong)的有(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)(wu)及(ji)有(you)(you)毒物(wu)(wu)(wu)質(zhi)，使(shi)之 達到凈(jing)化(hua)的目的。研究表明，活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)對分(fen)子量(liang)500～1000范圍 內的有(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)(wu)具(ju)有(you)(you)較(jiao)強(qiang)(qiang)的吸附能(neng)力［9］。活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)對有(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)(wu)的吸附 受其(qi)孔(kong)徑分(fen)布和(he)有(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)(wu)的極(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)及(ji)分(fen)子大(da)小(xiao)(xiao)的影響。同樣大(da)小(xiao)(xiao) 的有(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)(wu)，溶解度(du)越(yue)大(da)、親水性(xing)(xing)(xing)(xing)越(yue)強(qiang)(qiang)，活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)對它的吸附性(xing)(xing)(xing)(xing)越(yue)差，反(fan)之，對溶解度(du)小(xiao)(xiao)，親水性(xing)(xing)(xing)(xing)差、極(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)弱的有(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)(wu)如(ru)苯類化(hua) 合物(wu)(wu)(wu)、酚類化(hua)合物(wu)(wu)(wu)等具(ju)有(you)(you)較(jiao)強(qiang)(qiang)的吸附能(neng)力。

（2）微(wei)生物的(de)生物降解(jie)作用

BAC借助(zhu)微生物(wu)(wu)群體的(de)新陳代(dai)謝活動，微生物(wu)(wu)通過對(dui) 污染物(wu)(wu)的(de)氧化(hua)(hua)分解過程獲取營(ying)養和能(neng)量，同時水中污染物(wu)(wu)也 因此改(gai)變(bian)了其化(hua)(hua)學(xue)結構，從而改(gai)變(bian)了化(hua)(hua)學(xue)和物(wu)(wu)理性能(neng)，最(zui)終 達到去(qu)除水中污染物(wu)(wu)及活性炭獲得再生的(de)目的(de)。

總(zong)之，BAC通過活性炭與微(wei)(wei)生(sheng)物的協同作(zuo)用，提高了(le)微(wei)(wei) 生(sheng)物對(dui)水(shui)中(zhong)污(wu)染物的降解能力，活性炭粒的表(biao)面(mian)成為微(wei)(wei)生(sheng)物 的良好培養基，并(bing)對(dui)微(wei)(wei)生(sheng)物進行吸(xi)附。而(er)且(qie)，其(qi)(qi)表(biao)面(mian)粗糙凹(ao)處 還具有遮擋水(shui)流(liu)剪斷力的作(zuo)用。同時，好氧微(wei)(wei)生(sheng)物可(ke)以提高活性炭的吸(xi)附容量，延長其(qi)(qi)使用壽(shou)命(ming)〔4〕。

2 BAC在水(shui)處理中的應用

20世紀20年(nian)(nian)(nian)代(dai)末(mo)、30年(nian)(nian)(nian)代(dai)初，國(guo)(guo)外開始(shi)用(yong)(yong)粉末(mo)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan) 去(qu)除水(shui)(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)臭(chou)味，并(bing)于1930年(nian)(nian)(nian)在美(mei)國(guo)(guo)費城建立了第一個用(yong)(yong) 活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)吸附(fu)(fu)池除臭(chou)的(de)(de)水(shui)(shui)(shui)廠(chang)。50年(nian)(nian)(nian)代(dai)后，歐美(mei)國(guo)(guo)家開始(shi)大(da)量使 用(yong)(yong)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)處理城市飲用(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)和工業廢水(shui)(shui)(shui)。我(wo)國(guo)(guo)對BAC的(de)(de)研究 也(ye)已(yi)有(you)30多年(nian)(nian)(nian)的(de)(de)歷史(shi)。20世紀60年(nian)(nian)(nian)代(dai)末(mo)開始(shi)利(li)用(yong)(yong)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)去(qu)除受污(wu)染(ran)水(shui)(shui)(shui)源(yuan)的(de)(de)臭(chou)味。80年(nian)(nian)(nian)代(dai)初，北京市政(zheng)工程設計(ji)院(yuan)在北京田村山水(shui)(shui)(shui)廠(chang)進行了活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)吸附(fu)(fu)試驗(yan)，實驗(yan)表明［5］，活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)吸附(fu)(fu)去(qu)除微污(wu)染(ran)水(shui)(shui)(shui)源(yuan)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)有(you)機物、有(you)毒物質是有(you)效的(de)(de)。 近些(xie)年(nian)(nian)(nian)來，我(wo)國(guo)(guo)對活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)研究和應用(yong)(yong)越(yue)(yue)來越(yue)(yue)重視，同(tong)濟(ji)大(da)學、哈爾濱(bin)建筑(zhu)大(da)學都對活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)做出了較為深(shen)入的(de)(de)研究，并(bing)已(yi)取得(de)實用(yong)(yong)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)成果。

2.1 BAC在(zai)微污染(ran)水源處理中的應(ying)用(yong)

目前，國外(wai)應用(yong)BAC技(ji)術最廣泛(fan)的(de)是對水(shui)(shui)進(jin)(jin)行(xing)深度處 理(li)，它能(neng)夠有效地(di)去除水(shui)(shui)中(zhong)的(de)有機(ji)物。歐洲應用(yong)BAC技(ji)術的(de) 水(shui)(shui)廠(chang)已發展到70個以上。我國上海的(de)楊樹浦水(shui)(shui)廠(chang)和(he)南(nan)市水(shui)(shui) 廠(chang)于(yu)2002年10月開始也采用(yong)BAC技(ji)術處理(li)原(yuan)水(shui)(shui)，出廠(chang)水(shui)(shui) 質各項指標均達(da)到國際先(xian)進(jin)(jin)水(shui)(shui)平。

近年來(lai)，由于對飲用(yong)水(shui)的色(se)度、金屬(shu)含(han)量（Fe、Al、Mn等） 及(ji)三鹵甲烷化合(he)物（THM）的限制越來(lai)越嚴格，使人(ren)們愈發對 臭(chou)氧與(yu)生物過濾相結合(he)的工藝產(chan)生了興趣。

臭(chou)氧—生(sheng)(sheng)(sheng)物活性炭技術以預臭(chou)氧化(hua)(hua)代替預氯化(hua)(hua)，可(ke)以使 水(shui)中(zhong)一些(xie)原來不(bu)易生(sheng)(sheng)(sheng)物降(jiang)解(jie)(jie)(jie)的(de)(de)有機物變成可(ke)生(sheng)(sheng)(sheng)物降(jiang)解(jie)(jie)(jie)的(de)(de)有 機物，臭(chou)氧化(hua)(hua)的(de)(de)同時(shi)還可(ke)提(ti)高水(shui)中(zhong)溶解(jie)(jie)(jie)氧的(de)(de)含量。此外，水(shui)中(zhong)溶解(jie)(jie)(jie)臭(chou)氧的(de)(de)濃度(du)很(hen)低(di)，自(zi)分解(jie)(jie)(jie)速度(du)又(you)快，活性炭對(dui)溶解(jie)(jie)(jie)臭(chou)氧有催化(hua)(hua)分解(jie)(jie)(jie)作用，因此不(bu)會抑制床中(zhong)微生(sheng)(sheng)(sheng)物的(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)，與預氯化(hua)(hua)時(shi)的(de)(de)情況完全不(bu)同。

國內外不少學者還研究(jiu)應用BAC技術(shu)與臭氧(yang)(yang)相(xiang)結合處(chu)(chu) 理污(wu)染原水(shui)(shui)(shui)的方法，均(jun)表(biao)(biao)(biao)明對微染原水(shui)(shui)(shui)的處(chu)(chu)理非(fei)常有(you)效。呂 炳南等［6］的研究(jiu)結果（見表(biao)(biao)(biao)1）表(biao)(biao)(biao)明，BAC技術(shu)大(da)大(da)減少出水(shui)(shui)(shui) 的有(you)機物(wu)種類。日本Kanamachi水(shui)(shui)(shui)質(zhi)凈化廠［7］1984年開(kai)始使(shi) 用粉末活性炭(tan)處(chu)(chu)理水(shui)(shui)(shui)中(zhong)的產生(sheng)(sheng)的霉臭的物(wu)質(zhi)2-甲基(ji)異冰(bing)片(pian) （MIB），取(qu)得了良好的效果。W.Nishijima等［8］研究(jiu)了臭氧(yang)(yang)預 氧(yang)(yang)化后生(sheng)(sheng)物(wu)可降(jiang)解(jie)(jie)溶解(jie)(jie)有(you)機碳（BDOC）在(zai)BAC上的吸(xi)附(fu)和 解(jie)(jie)吸(xi)特(te)性，以及(ji)BDOC在(zai)BAC上被非(fei)生(sheng)(sheng)物(wu)可降(jiang)解(jie)(jie)溶解(jie)(jie)有(you)機 碳（non.BDOC）置換，實驗(yan)結果表(biao)(biao)(biao)明，臭氧(yang)(yang)預氧(yang)(yang)化后產生(sheng)(sheng)的 BDOC的吸(xi)附(fu)性能略低(di)于生(sheng)(sheng)物(wu)降(jiang)解(jie)(jie)后殘余的non.BDOC。因 此，BAC之前的臭氧(yang)(yang)預氧(yang)(yang)化能夠延長活性炭(tan)的使(shi)用壽命，降(jiang)低(di)BAC段(duan)的有(you)機負荷。

2.2 BAC在工業廢水處理中的應用

國外一些(xie)大學研制的(de)生(sheng)物(wu)(wu)活性炭(tan)(tan)攪拌池反應(ying)器，在處理 印(yin)染(ran)廢水上取得(de)了很好的(de)效(xiao)果，該(gai)研究對BAC、生(sheng)物(wu)(wu)砂床、 單純(chun)(chun)活性炭(tan)(tan)吸(xi)附(fu)及單純(chun)(chun)生(sheng)物(wu)(wu)降解進(jin)行了平行實驗，并對不同 類型染(ran)料(liao)廢水的(de)處理效(xiao)果進(jin)行了分析。由(you)表2可見BAC系 統的(de)染(ran)料(liao)去除速(su)率比單純(chun)(chun)生(sheng)物(wu)(wu)降解及單純(chun)(chun)活性炭(tan)(tan)吸(xi)附(fu)兩過 程染(ran)料(liao)去除速(su)率的(de)和(he)要高。

F.Nishimura等［9］采(cai)用(yong)BAC—BZ（生物(wu)沸石(shi)）組合工藝處 理同時含有(you)(you)抑(yi)制硝化作(zuo)用(yong)的(de)(de)有(you)(you)機物(wu)和高濃(nong)(nong)度(du)氨氮的(de)(de)污泥干(gan) 化廢水。實驗結果顯(xian)示，抑(yi)制性有(you)(you)機物(wu)濃(nong)(nong)度(du)經(jing)過(guo)(guo)BAC反應(ying)器 后大幅度(du)降低(di)，氨氮濃(nong)(nong)度(du)在(zai)經(jing)過(guo)(guo)BZ反應(ying)器后大大降低(di)，污 染物(wu)的(de)(de)降低(di)均為介質吸附過(guo)(guo)程和生物(wu)降解(jie)過(guo)(guo)程共(gong)同作(zuo)用(yong)的(de)(de) 結果。

荷蘭(lan)學者利用活性炭生物膜（BACF）法(fa)(fa)與(yu)反滲(shen)透法(fa)(fa)組合來(lai)處(chu)理(li)含(han)殺(sha)蟲(chong)(chong)劑的(de)(de)污染水(shui)，對殺(sha)蟲(chong)(chong)劑的(de)(de)去除率高達99.5%，且臭氧-BACF的(de)(de)作用明(ming)顯減輕(qing)了反滲(shen)透膜的(de)(de)污染問題(ti)，處(chu)理(li)效果(guo)優良且穩定［10］。

2.3 BAC在(zai)生(sheng)活污水處理(li)中的應用

BAC技術在生(sheng)活污水處(chu)理(li)中(zhong)也(ye)取得(de)了很好的效果(guo)，尤 其由于(yu)BAC法結合(he)了生(sheng)物降解和吸附2個過程，對于(yu)去除 非離子合(he)成表面(mian)活性劑（NISS）非常(chang)有效。

德國的(de)(de)(de)Schroder等學者在(zai)進(jin)行城(cheng)市生(sheng)活(huo)污(wu)水處(chu)理(li)的(de)(de)(de)研(yan) 究時，采用(yong)了新的(de)(de)(de)總和參數分(fen)析及質量(liang)光譜分(fen)析來檢測污(wu)染(ran) 物(wu)的(de)(de)(de)去(qu)除(chu)率，證明了用(yong)臭氧-生(sheng)物(wu)活(huo)性炭(tan)法處(chu)理(li)城(cheng)市生(sheng)活(huo)污(wu) 水，對(dui)其(qi)中烷基苯灰化(hua)合物(wu)及其(qi)降(jiang)解產物(wu)等極(ji)性化(hua)合物(wu)的(de)(de)(de)去(qu) 除(chu)率更好，這類(lei)化(hua)合物(wu)對(dui)水體中生(sheng)物(wu)群(qun)落的(de)(de)(de)內分(fen)泌(mi)系統有很 強的(de)(de)(de)毒(du)害作(zuo)用(yong)［11］。

在芬蘭，人們研(yan)究了臭氧-雙級(ji)活性(xing)炭法(fa)［12］，對可同(tong)化有 機碳(AOC)的處(chu)理效果(guo)更(geng)好(hao)(出(chu)水(shui)AOC＜10μg/L)，由于經 BAC工藝(yi)處(chu)理，水(shui)質優良。

A.S.Sirotkin等(deng)［13］采用(yong)(yong)BAC工(gong)藝處理含非離子表(biao)面活 性(xing)劑(ji)的(de)廢水，實(shi)驗結(jie)果(guo)表(biao)明，在系統運(yun)行初始階(jie)段(duan)，活性(xing)炭(tan)的(de) 物(wu)理吸(xi)附(fu)發揮主要作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，隨(sui)著吸(xi)附(fu)逐(zhu)漸(jian)達(da)到飽和以及微(wei)(wei)生物(wu) 活性(xing)的(de)逐(zhu)漸(jian)增強，生物(wu)降解作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)也逐(zhu)漸(jian)增強，最終(zhong)二者協同 作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，這種協同作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)表(biao)現為微(wei)(wei)生物(wu)對活性(xing)炭(tan)吸(xi)附(fu)能(neng)力的(de)再 生，再生度(du)為20%～24%。

3 結語

BAC技術(shu)(shu)處理(li)微污(wu)染(ran)水(shui)源(yuan)、工(gong)業廢水(shui)、生活(huo)污(wu)水(shui)，具有 諸多的(de)(de)(de)(de)優(you)勢，在(zai)未(wei)來的(de)(de)(de)(de)發展(zhan)中將發揮著越來越重要(yao)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用。 為進一(yi)步提高處理(li)水(shui)的(de)(de)(de)(de)出水(shui)水(shui)質，增加(jia)去除有機(ji)污(wu)染(ran)物的(de)(de)(de)(de)效 率，在(zai)以后BAC技術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)發展(zhan)中應當加(jia)強對(dui)BAC技術(shu)(shu)與臭 氧、膜技術(shu)(shu)，超濾技術(shu)(shu)等其(qi)他水(shui)處理(li)工(gong)藝的(de)(de)(de)(de)結(jie)合工(gong)藝的(de)(de)(de)(de)研(yan)究 和(he)開發。同時(shi)，活(huo)性炭(tan)作(zuo)為微生物群落集結(jie)地和(he)降解污(wu)染(ran)物 的(de)(de)(de)(de)場所(suo)，對(dui)微生物的(de)(de)(de)(de)吸附和(he)建立(li)群落層次有著重要(yao)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用， 因此活(huo)性炭(tan)材質對(dui)BAC的(de)(de)(de)(de)形成及降解能力強弱有無影(ying)響值 得我們(men)關注。

參考文獻
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