活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　城市中的污水處理廠主要從廢水中去除固體，可降解的有機物質和營養物質(氮和磷化合物)，能對自然水環境起到保護作用。初級和二級處理去除了廢水中的大部分有機物和懸浮固體以及痕量濃度的一些潛在有害物質。然而，這些微污染物，例如化學物質，洗滌劑和個人護理產品等不易降解的物質，是污水處理廠排放水體的潛在危害。目前，研究了兩種主要技術，臭氧氧化和吸附到顆粒或粉末狀活性炭上。下面我們來介紹下活性炭工藝對水體微生物的影響。

　　在活性炭工藝中，活性炭在生物處理后與廢水混合，使殘留的有機物質和微污染物吸附在活性炭顆粒上。加載后，通過過濾或溶氣浮選將活性炭與純化的廢水分離。最后與污泥一起通過焚化處理。為了優化的過程，并降低處理成本，活性炭可以重復使用直到飽和。通過優化吸附方式，活性炭的使用量可以減少15-20%，同時保持對活性污泥絮凝物沉降的積極影響。為了測試活性炭對微污染的吸附，我們的研究有以下目的：1、評估熒光標記的真菌抗性微生物在實施活性炭吸附步驟的先進廢水處理過程中的分布。2、評估其發生在實施活性炭回收的相同高級處理期間，污泥和凈化廢水中天然存在的細菌增加。測量和分析在實驗室規模模型中進行，模擬涉及活性炭的過程配置及其作為微污染物去除階段的再循環。

　　實驗室規模的處理廠

　　污水處理廠的活性污泥用于承載微生物，收集活性污泥并對其主要參數進行表征銨，硝酸鹽，亞硝酸鹽，磷酸鹽，化學需氧量，生物需氧量，總懸浮固體和pH每周一次，并儲存在4°C直至使用。將5L活性污泥泵入生物處理的序批式反應器，混合并充氣2小時，然后使污泥靜置30分鐘。將1.7L上清液轉移至活性炭處理的溶氣浮選裝置單元，其中加入粉末狀活性炭并混合(30分鐘)。下一步包括加入凝結劑聚氯化鋁，12分鐘后加入絮凝劑。最后，將飽和水注入活性炭處理的溶氣浮選裝置裝置，開始分離步驟(12分鐘)。整個過程持續了大約四個小時。

　　圖1：實驗室規模的污水處理廠配活性炭溶氣浮選裝置。

　　通過熒光標記水中的微生物

　　通過熒光顯微鏡確定的熒光標記的微生物的在實驗室規模的模型的分布和流式細胞術。流式細胞儀獲得的細胞計數通常高于用落射熒光顯微鏡獲得的細胞計數，可能是因為細胞計數檢測到其他自發熒光顆粒和生物。實驗室規模模型中四種標記微生物的分布顯示出類似的趨勢。在模型的生物處理單元中初始接種和3小時孵育后，沉降后的上清液和沉降部分中的細胞密度僅顯示出微小的差異。如所預期的，經過生物處理(混合和通氣階段)和隨后從反應器中的流出水中分離污泥減少了基于標記微生物的落射熒光顯微鏡檢測的細胞計數。使用活性炭處理從生物處理流出物中額外去除約99.70%的熒光標記微生物。

　　添加活性炭向溶氣浮選裝置單元基本上不改變熒光的細菌。活性炭作用的主要機制是基于吸附和靜電斥力，這取決于污染物。因此，細菌最初吸附到活性炭，主要是因為充電景點的表面和僅與時間，細菌可寄居其表面和形成活性生物膜。證實通過其在使用前活性炭表面的SEM圖像和之后在溶氣浮選裝置單元(圖2)，活性炭在短時間的接觸中盡可能允許的優先吸附存在于水中，而不是最大的帶負電荷的細菌。

　　圖2：活性炭表面的掃描電子顯微照片。(A)使用前(B)在溶氣浮選裝置單元中30分鐘后。

　　污水處理廠模型中對吸附滿載活性炭的回收

　　為了探討由于活性炭回收而在污泥或凈化廢水中微生物增加的發生，污水處理廠的實驗室規模模型在循環階段完成，并運行了6個月。該模型的硝化效率達到92.4%，因此與實際規模處理廠的情況差不多85%左右，而后者則沒有完全去除硝酸鹽。平均COD消除率為80.4%。流入的COD濃度在20和80mg/L-1之間變化，流出量在0和30mg/L-1之間。流入水中的值的波動反映了在實際工廠的曝氣池中觀察到的波動，并且是由于采樣的時刻和天氣條件。在運行三個月后，微生物流出物中的COD濃度穩定，并且可以測量低于15mg/L-1的值。同樣，這些值與在實際規模處理廠的二級沉降池中測量的值相當。流入pH恒定地在7.5和8之間測量。

　　活性炭在生物反應器中的再循環增強了微污染物的去除，但是可以預期通過該程序將高濃度的細菌混合到活性污泥中。此外，可以預期活性炭上吸附的微污染物可能影響細菌的抗性。漂浮的活性炭和來自溶氣浮選裝置單元的流出水之間的存活抗性細菌的分布遵循已經討論的用于活細菌和熒光細菌計數的分配，在漂浮的活性炭中比在流出物中更高。

　　為了研究在先進處理過程中廢水中存在的抗性細菌的情況，我們使用粉狀活性炭溶氣浮選裝置進行長期的實驗測試。經過對熒光標記的微生物的分析證明了活性炭處理可以降低處理水中的微生物含量。此外，我們還測試了活性炭處可以處理敏感或抗性微生物，因為兩者都以相同的去除效率。該研究表明，實施活性炭吸附步驟的處理方法可以很好得減少水處理廠出水中釋放的細菌和酵母菌，活性炭即使在回收利用時也不會增加可培養微生物的情況。

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