[科普中國]-粉末炭活性污泥法

向曝氣池投加粉末活性炭，使混合液中活性炭保持一定濃度，活性炭的巨大吸附能力將微生物、有機(jī)物和溶解氧吸附在表面，從而相對提高了濃度，為微生物代謝活動(dòng)創(chuàng)造了條件，加快了有機(jī)物的去除的污水處理方法。活性炭還能提高污泥密度，使之易于沉淀．因此，這是一種活性污泥形式的活性炭吸附，生物氧化的綜合處理方法。采用粉末炭活性污泥法能改善出水水質(zhì)，提高對有毒物質(zhì)和重金屬等沖擊負(fù)荷的承受能力，并具有較好的除臭脫色、消減泡沫的效果。1

概述活性污泥法的各種工藝在運(yùn)行過程中，最關(guān)鍵之處在于維持活性污泥的活性和凝聚性(沉淀性能)。而活性污泥的凝聚性能極易受進(jìn)水水質(zhì)和外界因素的影響，從而導(dǎo)致二沉池出水飄泥等異?，F(xiàn)象。此時(shí)，在曝氣池中投加粉末活性炭、混凝劑或其他化學(xué)藥劑，往往會取得很好的效果，這就是所謂的“投料式”活性污泥法。其中以投加粉末活性炭為多，又稱PACT法(粉末活性污泥法)。因粉末活性炭對進(jìn)水有機(jī)物的吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于活性污泥，因此會產(chǎn)生粉末活性炭對進(jìn)水有機(jī)物不斷吸附、活性污泥微生物不斷對粉末活性炭所吸附的有機(jī)物降解的現(xiàn)象。2

特點(diǎn)與傳統(tǒng)的活性污泥處理系統(tǒng)比較，PACT技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

(1)可通過吸收溶解性有機(jī)物質(zhì)而提高系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力；

(2)可通過吸收難降解性有機(jī)物質(zhì)而提高COD去除率；

(3)能提高色度的去除率；

(4)可改善污泥的沉淀、濃縮、脫水性能；

(5)由于系統(tǒng)去除率的提高以及混合液生物固體濃度的增加，系統(tǒng)的水力負(fù)荷能得到很大提高；

(6)由于PAC吸收抑制性物質(zhì)或硝化菌提供給吸附表面，改善了系統(tǒng)硝化能力：

(7)提高了EPA優(yōu)先污染物的去除率。

工藝流程PACT技術(shù)的工藝流程如圖所示。

粉末活性炭連續(xù)或間歇地按比例加入曝氣池。由于在曝氣池中吸附過程與生物降解過程同時(shí)進(jìn)行，所以能達(dá)到較高的處理效率，獲得較好的出水水質(zhì)。完全混合的污泥和粉末活性炭流到二沉池中，污泥回流到曝氣池，處理水排放，粉末活性炭再生后回用于該系統(tǒng)。

PACT的代謝機(jī)制PACT的代謝機(jī)制包括活性炭作用下的“生物活性的激活”和微生物作用下的“活性炭的生物再生”兩種作用。針對微生物是否對活性炭有生物再生作用，一般有下列兩種觀點(diǎn)。

第一種觀點(diǎn)認(rèn)為PACT中不存在PAC的生物再生。由于微生物對PAC的再生不起作用，所以PAC經(jīng)過幾個(gè)吸附周期后，有機(jī)污染物的去除率逐漸下降。這種現(xiàn)象可解釋為由于PAC表面逐漸達(dá)到飽和，從而減小有機(jī)物去除率。微生物之所以對PAC的再生不起作用，是因?yàn)槊阜磻?yīng)需要一定的空間和移動(dòng)的自由性，以便和基質(zhì)結(jié)合；若要使酶在微孔中起催化作用，微孔直徑至少應(yīng)等于酶直徑的3倍。而最簡單、最小的酶分子平均直徑為3．1～4．4 nm所以酶若要整個(gè)進(jìn)入孔隙中起催化作用，其孔徑須大于10 nm，而粉末活性炭微孔的直徑小于4 nm，所以活性炭的生物再生是不可能的。因此，PACT對系統(tǒng)出水水質(zhì)的改善是PAC吸附與微生物代謝的簡單結(jié)合。

第二種觀點(diǎn)認(rèn)為微生物細(xì)胞與PAC是相互影響的，即存在PAC的生物再生。PAC的存在增加了固液表面，微生物細(xì)胞、酶、有機(jī)污染物、氧能夠吸附在此表面上，為微生物代謝提供良好環(huán)境。另外，表面的物化催化反應(yīng)也有可能在PAC表面發(fā)生。雖然粉末活性炭對有機(jī)物的吸附主要發(fā)生在微孔中，細(xì)菌個(gè)體不能進(jìn)入，但其分泌的胞外酶D≤1 nm，所以有一部分酶可能通過擴(kuò)散進(jìn)入微孔中，與吸附位上有機(jī)物反應(yīng)，使得吸附位空出。另外，在細(xì)胞衰老或高沖擊力水流作用下出現(xiàn)的細(xì)胞自溶使得氧化酶能與污染物接觸，而且酶的催化作用只需酶的局部(含活性基因的主鏈或側(cè)鏈)進(jìn)入活性炭微孔與污染物接觸即可。所以，酶對活性炭微孔部分生物再生是有可能的。排泄到PAC微孔中的生物酶能夠?qū)AC吸收的有機(jī)物進(jìn)行胞外生物降解，使PAC得到再生。與單純的吸附系統(tǒng)比較，由于生物再生使得活性炭的吸收能力提高，延長了活性炭使用周期。即PACT系統(tǒng)是PAC與污泥吸附作用和微生物的生物降解作用相結(jié)合的系統(tǒng)。

粉末活性炭投加對活性污泥系統(tǒng)的影響往曝氣池中投加粉末活性炭會對活性污泥處理系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生多方面的影響。

1)改善絮凝體的沉降性能

投加到曝氣池中的粉末活性炭能與絮凝體結(jié)合，增加絮凝體密度，提高絮凝體的沉降性能。Huto研究表明，PACT系統(tǒng)中的活性炭起著沉淀劑的作用。投加PAC也能改善垃圾滲濾液廢水處理系統(tǒng)中活性污泥的沉降性能。但有一點(diǎn)應(yīng)注意，為提高污泥的沉降性，必須考慮粉末活性炭的粒徑大小。

2)提高系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力

粉末活性炭對污染物的吸附能力與污染物的濃度有關(guān)。污染物濃度高時(shí)，粉末活性炭的吸附量增加；濃度低時(shí)，由于解吸作用又有部分被吸附回到溶液中。所以粉末活性炭能對污染物濃度變化起到緩沖作用。粉末活性炭能對微生物起到保護(hù)作用，提高了系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力。垃圾滲濾液不但水質(zhì)水量變化大，而且還含有有毒有害的物質(zhì)，在活性污泥系統(tǒng)投加粉末活性炭后，系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力顯著提高，而且活性污泥系統(tǒng)若受到毒性物質(zhì)沖擊，其恢復(fù)正常處理狀態(tài)較快。但若活性污泥的生物絮凝能力遭到破壞，生物降解完全停止，投加PAC后，只能提高生物處理率，而不能改善污泥的沉降性能。

3)除色、除臭并消除發(fā)泡現(xiàn)象

與傳統(tǒng)的活性污泥法相比，PACT能有效地去除色度、除臭并消除發(fā)泡現(xiàn)象。Wu等對許多處理方法比較后發(fā)現(xiàn)，PACT是染料廢水處理的最佳工藝。Benedek等用活性污泥法處理化工廢水時(shí)，投加PAC后，能有效控制曝氣池內(nèi)的發(fā)泡現(xiàn)象。另外Kincannon等發(fā)現(xiàn)，曝氣池內(nèi)投加PAC后能降低污水中某些物質(zhì)如甲苯等發(fā)出的惡臭，分析其原因，主要是活性炭對含芳香環(huán)的有機(jī)物具有較強(qiáng)的選擇吸附性。

4)有助于生物系統(tǒng)對污水中氮的去除

傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)對污水中總氮的去除率僅為30%左右。處理水排放到水體后，易造成水體富營養(yǎng)化。粉末活性炭能吸附某些毒性物質(zhì)，使得系統(tǒng)硝化與反硝化率提高。

5)提高系統(tǒng)處理效率

活性污泥系統(tǒng)投加PAC后，處理效率能大幅度提高。一方面，PAC加入后能使污水中有機(jī)物與微生物接觸時(shí)問延長，為一些難降解物質(zhì)的生物降解提供了可能；另一方面，粉末活性炭具有選擇性吸附難降解性物質(zhì)(如木質(zhì)素、腐殖質(zhì)等)和毒性物質(zhì)(苯酚、有機(jī)氯化物等)的特性。而且，微生物本身產(chǎn)生的有毒、難降解性物質(zhì)也能被有效吸附，能防止生物活性的下降。另外，投加粉末活性炭還能增加系統(tǒng)的污泥濃度，有效地提高了各種廢水處理系統(tǒng)的處理率。

Ying等發(fā)現(xiàn)，在各種運(yùn)行條件下，往處理垃圾滲濾液SBR系統(tǒng)投加PAC后，許多鹵代有機(jī)物濃度均降到各自的允許檢測濃度。投加PAC的活性污泥系統(tǒng)處理含Cr廢水時(shí)，COD和Cr的去除率均顯著提高。對處理醫(yī)藥行業(yè)廢水的活性污泥系統(tǒng)和處理垃圾滲濾液SBR系統(tǒng)投加PAC后，COD的去除率都有較大提高。

PACT系統(tǒng)的運(yùn)行PACT系統(tǒng)的成功運(yùn)行在很大程度上取決于所投加的粉末活性炭的量和粒徑大小及系統(tǒng)中活性污泥的濃度。一般針對某一具體的PACT系統(tǒng)，首先需要進(jìn)行間歇試驗(yàn)，確定所需投加的PAC的量及尺寸大?。蝗缓笤龠M(jìn)行連續(xù)實(shí)驗(yàn)確定系統(tǒng)的污泥濃度。

PACT的應(yīng)用針對滲濾液的水質(zhì)特點(diǎn)，PACT工藝?yán)昧薖AC對難以降解的有機(jī)物具有較好的吸附性能這一特點(diǎn)。在PACT工藝中，滲濾液中難降解的有機(jī)物首先被吸附在PAC表面。這樣，宏觀環(huán)境中的難降解物質(zhì)和有毒物質(zhì)的濃度減少，處于游離狀態(tài)的微生物活性提高，對污染物的分解和去除能力增強(qiáng)。同時(shí)，由于PAC對難降解物質(zhì)和微生物的吸附，延長了微生物與這些物質(zhì)的接觸時(shí)間，使得微生物泥齡大大延長，一般可達(dá)50～100 d，這就為微生物繁衍提供了良好的條件。長期運(yùn)行的結(jié)果，使得PACT處理系統(tǒng)中的微生物數(shù)量和種類要求比傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)中的微生物數(shù)量和種類多，微生物得到了馴化。

通過PAC和微生物的吸附一降解這種協(xié)同作用提高了對滲濾液中難降解有機(jī)物的去除效果。PACT工藝除了能強(qiáng)化活性污泥法的凈化功能，改善出水水質(zhì)，減少有毒有害物質(zhì)對生物氧化的抑制作用外，還具有較好的脫色、除臭、消除泡沫的效果，能改善污泥的凝聚沉降性能，可以提高二沉池和污泥脫水設(shè)備的能力，避免產(chǎn)生污泥膨脹。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

吳俊文 - 博士 - 廈門大學(xué)