基本介紹
- 中文名：粉末炭活性污泥法
- 外文名：Powder activated carbon treatment，PACT
- 作用：去除廢水中的有機污染物
- 機理：活性炭吸附和生物氧化
- 類型：活性污泥法污水生物處理技術
內容簡介,特點,工藝流程,PACT的代謝機制,粉末活性炭投加對活性污泥系統的影響,PACT系統的運行,PACT的套用,
內容簡介
活性污泥法的各種工藝在運行過程中，最關鍵之處在於維持活性污泥的活性和凝聚性(沉澱性能)。而活性污泥的凝聚性能極易受進水水質和外界因素的影響，從而導致二沉池出水飄泥等異常現象。此時，在曝氣池中投加粉末活性炭、混凝劑或其他化學藥劑，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)。因粉末活性炭對進水有機物的吸附能力遠遠強於活性污泥，因此會產生粉末活性炭對進水有機物不斷吸附、活性污泥微生物不斷對粉末活性炭所吸附的有機物降解的現象。
特點
與傳統的活性污泥處理系統比較，PACT技術具有以下特點：
(1)可通過吸收溶解性有機物質而提高系統的抗衝擊負荷能力；
(2)可通過吸收難降解性有機物質而提高COD去除率；
(3)能提高色度的去除率；
(4)可改善污泥的沉澱、濃縮、脫水性能；
(5)由於系統去除率的提高以及混合液生物固體濃度的增加，系統的水力負荷能得到很大提高；
(6)由於PAC吸收抑制性物質或硝化菌提供給吸附表面，改善了系統硝化能力：
(7)提高了EPA優先污染物的去除率。
工藝流程
PACT技術的工藝流程如圖1所示。
粉末活性炭連續或間歇地按比例加入曝氣池。由於在曝氣池中吸附過程與生物降解過程同時進行，所以能達到較高的處理效率，獲得較好的出水水質。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，粉末活性炭再生後回用於該系統。
圖1 PACT的工藝流程圖
PACT的代謝機制
PACT的代謝機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。
第一種觀點認為PACT中不存在PAC的生物再生。由於微生物對PAC的再生不起作用，所以PAC經過幾個吸附周期後，有機污染物的去除率逐漸下降。這種現象可解釋為由於PAC表面逐漸達到飽和，從而減小有機物去除率。微生物之所以對PAC的再生不起作用，是因為酶反應需要一定的空間和移動的自由性，以便和基質結合；若要使酶在微孔中起催化作用，微孔直徑至少應等於酶直徑的3倍。而最簡單、最小的酶分子平均直徑為3．1～4．4 nm所以酶若要整個進入孔隙中起催化作用，其孔徑須大於10 nm，而粉末活性炭微孔的直徑小於4 nm，所以活性炭的生物再生是不可能的。因此，PACT對系統出水水質的改善是PAC吸附與微生物代謝的簡單結合。
第二種觀點認為微生物細胞與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，微生物細胞、酶、有機污染物、氧能夠吸附在此表面上，為微生物代謝提供良好環境。另外，表面的物化催化反應也有可能在PAC表面發生。雖然粉末活性炭對有機物的吸附主要發生在微孔中，細菌個體不能進入，但其分泌的胞外酶D≤1 nm，所以有一部分酶可能通過擴散進入微孔中，與吸附位上有機物反應，使得吸附位空出。另外，在細胞衰老或高衝擊力水流作用下出現的細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鏈)進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對PAC吸收的有機物進行胞外生物降解，使PAC得到再生。與單純的吸附系統比較，由於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系統是PAC與污泥吸附作用和微生物的生物降解作用相結合的系統。
粉末活性炭投加對活性污泥系統的影響
往曝氣池中投加粉末活性炭會對活性污泥處理系統的運行產生多方面的影響。
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系統中的活性炭起著沉澱劑的作用。投加PAC也能改善垃圾滲濾液廢水處理系統中活性污泥的沉降性能。但有一點應注意，為提高污泥的沉降性，必須考慮粉末活性炭的粒徑大小。
2)提高系統的抗衝擊負荷能力
粉末活性炭對污染物的吸附能力與污染物的濃度有關。污染物濃度高時，粉末活性炭的吸附量增加；濃度低時，由於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衝作用。粉末活性炭能對微生物起到保護作用，提高了系統抗衝擊負荷能力。垃圾滲濾液不但水質水量變化大，而且還含有有毒有害的物質，在活性污泥系統投加粉末活性炭後，系統的抗衝擊負荷能力顯著提高，而且活性污泥系統若受到毒性物質衝擊，其恢復正常處理狀態較快。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後，只能提高生物處理率，而不能改善污泥的沉降性能。
3)除色、除臭並消除發泡現象
與傳統的活性污泥法相比，PACT能有效地去除色度、除臭並消除發泡現象。Wu等對許多處理方法比較後發現，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，投加PAC後，能有效控制曝氣池內的發泡現象。另外Kincannon等發現，曝氣池內投加PAC後能降低污水中某些物質如甲苯等發出的惡臭，分析其原因，主要是活性炭對含芳香環的有機物具有較強的選擇吸附性。
4)有助於生物系統對污水中氮的去除
傳統活性污泥系統對污水中總氮的去除率僅為30%左右。處理水排放到水體後，易造成水體富營養化。粉末活性炭能吸附某些毒性物質，使得系統硝化與反硝化率提高。
5)提高系統處理效率
活性污泥系統投加PAC後，處理效率能大幅度提高。一方面，PAC加入後能使污水中有機物與微生物接觸時問延長，為一些難降解物質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(如木質素、腐殖質等)和毒性物質(苯酚、有機氯化物等)的特性。而且，微生物本身產生的有毒、難降解性物質也能被有效吸附，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的污泥濃度，有效地提高了各種廢水處理系統的處理率。
Ying等發現，在各種運行條件下，往處理垃圾滲濾液SBR系統投加PAC後，許多鹵代有機物濃度均降到各自的允許檢測濃度。投加PAC的活性污泥系統處理含Cr廢水時，COD和Cr的去除率均顯著提高。對處理醫藥行業廢水的活性污泥系統和處理垃圾滲濾液SBR系統投加PAC後，COD的去除率都有較大提高。
PACT系統的運行
PACT系統的成功運行在很大程度上取決於所投加的粉末活性炭的量和粒徑大小及系統中活性污泥的濃度。一般針對某一具體的PACT系統，首先需要進行間歇試驗，確定所需投加的PAC的量及尺寸大小；然後再進行連續實驗確定系統的污泥濃度。
PACT的套用
針對滲濾液的水質特點，PACT工藝利用了PAC對難以降解的有機物具有較好的吸附性能這一特點。在PACT工藝中，滲濾液中難降解的有機物首先被吸附在PAC表面。這樣，巨觀環境中的難降解物質和有毒物質的濃度減少，處於游離狀態的微生物活性提高，對污染物的分解和去除能力增強。同時，由於PAC對難降解物質和微生物的吸附，延長了微生物與這些物質的接觸時間，使得微生物泥齡大大延長，一般可達50～100 d，這就為微生物繁衍提供了良好的條件。長期運行的結果，使得PACT處理系統中的微生物數量和種類要求比傳統生物處理系統中的微生物數量和種類多，微生物得到了馴化。
通過PAC和微生物的吸附一降解這種協同作用提高了對滲濾液中難降解有機物的去除效果。PACT工藝除了能強化活性污泥法的淨化功能，改善出水水質，減少有毒有害物質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備的能力，避免產生污泥膨脹。
