生物活性炭法PACT工艺技术与原理

生物活性炭水处理技术及原理一、概述1785年Lowitz发现碳可以脱除溶液中的色度1875年J.WillardGibbs首先导出吸附作用的热力学基本公式1900年RaphaelVonOstreijke发明氯化锌法、CO2法和水蒸气法生产活性炭工艺1918年Langmuir单层吸附模式1926年Freundlich模式二、活性炭分类、结构和生产简介1.种类:颗粒活性炭.粉末活性炭.纤维炭颗粒活性炭粒子尺寸0.07-0.12mm粉末活性炭小于0.07mm纤维炭2.生产炭化------活化破碎活性炭:原料---碾磨---1-6mm的粒子--颗粒活性炭:原料---碾磨---10-100微米的粒子---炭化---粘合----成型---活化石墨结晶和乱层结构（a）、（b）——石墨，（c）乱层结构3.结构微晶体的尺寸：直径为1.8-2.6nm,高0.7-1nmArnell和Brass发现不同种类的商品炭的基本微晶宽度大约40A,这就是通常将炭的最小孔径定为20-40A的理由.4、物理吸附和化学吸附的比较物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键力吸附热较小,近于液化热较大,近于反应热选择性无选择性有选择性分子层单层或多层单分子层吸附速度较快,温度影响较小,不需活化能较慢,温度升高,速度加快,需活化能脱附(解吸)较容易,需要能量小很难,需要能量大5.影响吸附的因素被吸附物质的性质:溶解性容易吸附分子量容易吸附分子结构吸附剂(活性炭)的性质:比表面积孔隙和孔容表面性质温度条件：温度溶解度降低容易吸附pH值影响固液界面吸附的因素三、对于生物活性炭技术,按照污染物被活性炭吸附性和被微生物的降解性可将其分为四类:1.可被活性炭吸附也可被微生物的降解2.可被活性炭吸附但不可被微生物的降解3.不可被活性炭吸附但可被微生物的降解4.不被活性炭吸附也不可被微生物的降解四、生物活性炭技术的产生、发展及其定义生物活性炭技术定义:以活性炭为载体,表面长有微生物的处理工艺,在水质净化过程中同时发挥着活性炭的物理吸附作用和微生物的降解作用的水处理技术.五、生物活性炭的作用机理三个因素相互作用活性炭微生物污染物Porrotti和Rodman1974年细胞外酶假说：微生物个体尺寸1万埃左右微生物的胞外酶10埃大小微孔隙区的等效直径大约20-40埃胞外酶污染物酶基质复合体产物或活性炭争论：1）酶能否进入微孔2）胞外酶除水解酶外是否有其他的酶溶质扩散理论：炭表面的微生物虽然在降解水中的有机污染物的同时也降解炭内吸附的有机污染物，但是这是由于炭内已吸附的污染物与炭表面的生物膜中的浓度差，获得了保持吸附平衡的解吸力，而向其表面扩散的的结果。溶积负荷与水质之间的关系曲线I区：COD50,BOD20，应用于深度处理，去除难降解的有机物，体现生物活性炭与一般生物氧化的本质区别。III区：COD50,BOD20主要去除可生物降解的有机物高负荷冲击时，活性炭为微生物的生存提供庇护，保证使反应器稳定的运行。在低负荷情况下，活性炭也会因为反相浓度梯度的原因使得溶液中存在一定量基质，供微生物代谢使用，同时使活性炭得以再生利用。六、几种生物活性炭净水工艺双层生物活性炭反应器1、容器，2、膨胀层，3、密实层，4、气提器，5、中心区，6、污水进水管，7、底部配水管，8、中部配水管，9、循环水管，10、净化水收集槽，11、反冲洗水收集槽，12、保护水层双层生物活性炭反应器工艺示意图1、反应器，2、曝气柱，3、水泵，4、布水系统，5、集水装置，6、反冲洗出水集水槽，7、净化后出水集水槽，8、锥型收缩装置，9、密实过滤层，10、膨胀炭层生物活性炭反应器1、两级泥水分离区，2、厌氧颗粒污泥膨胀床区，3、活性炭膨胀床区，4、加热器，5、排气阀，6、剩余污泥排放，7、净化后的水，8、进水，9、填料冲洗用水，10、发酵气收集塔式生物活性炭反应器1、膨胀床反应区，2、过滤器，3、毛刷填料区，沉淀出水，5、过滤配水器，6、过滤器进水及反冲洗出水，7、滤后水出水及反冲洗配水I-污水进水II-去循环泵III-去除剩余生物量膨胀床生物活性炭示意图膨胀床生物活性炭工艺七、生物活性炭净化水原水试验FeedtankIntegrativemembrane-bioreactorFeedpumpBlowerSuctionpumpFlowmeterValveManometerFlowmeterFlowmeterofairClapboardMembranemoduleValveEffluentwater膜—生物活性炭反应器0.001.002.003.004.005.006.0015913172125daysInfluentCODMn(mg/l)0102030405060708090100Removelefficiency(%)InfluentCODRemovelefficiencyTheremoveeffectofCODMnofXihailakebythisprocessatnormaltemperature（200C）ThepurifyingeffectofSanjiadianreservoirwaterbythisprocessatlowtemperature（10oC)CompoundsParametersBulksolutionRemovalEfficiency(%)InfluentEffluentCODMn(mgl-1)4.75(0.35)1.50(0.44)68.42UV254(cm-1)0.082(0.008)0.020(0.012)75.61UV410(cm-1)0.008(0.003)0.001(0.001)87.50ThechangeofAOCininfluentandeffluentwaterSamplesAOCP17(µg/L)AOCNOX(µg/L)TotalAOC(µg/L)Influentwater12858186Effluentwater472774生物可同化有机碳(assimilableorganiccarbon,AOC)可生物降解溶解性有机碳(biodegradabledissolvedorganiccarbon,BDOC)AOC低于(以乙酸碳计)10～20μg/L,加氯消毒的情况下AOC低于(以乙酸碳计)50～100μg/L的饮用水是生物稳定的管网中BDOC低于0.2～0.25mg/L时能达到水质生物稳定间二硫氮茚硫醇去除动力学八、生物活性炭处理工业废水生物活性炭反应器中含石油产品的废水氧化动力学05010015020025030005101520253035-20020406080100120140-50510152025303540加入70mg/L2,4-DCP加入40mg/L2,4-DCP氯离子浓度（mg/L）时间（h）2,4-DCP浓度(mg/L)时间(h)1234ab1—对照2—活性污泥法3—生物活性炭法4—石英生物膜法BAC对2,4-DCP的生物吸附过程内循环流化床生物活性炭工艺处理采油废水