摘要：BAC技術結合并優化了活性炭吸附和生物降解兩種作用，在水處理方面凈水效果顯著。介紹了生物活性炭技術處 理污水的作用機理，簡述了近年來國內外生物活性炭技術在水處理中的研究與應用，提出了生物活性炭技術的發展方向。
關鍵詞：生物活性炭 水處理 作用機理 應用
隨著工業的發展，飲用水源的污染日益加劇，飲用水的 衛生和安全也受到越來越廣泛的關注，水中所含污染物的種 類和數量不斷增多，污染成分也越來越復雜。采用常規的水 處理方法已不能滿足要求，必須進行深度處理，一些作用單 一的材料和方法已不適用［1］。所以，來源廣泛且容易再生，能 反復利用的活性炭倍受關注，其發達的細孔結構和特異的表 面特性使它不僅具有極強的吸附性能、氧化還原性能、電性 能，而且還可以與其它材料聯合應用，作為催化劑及催化劑 和生物的載體，所有這些結構特性使活性炭在水處理技術中 得以廣泛應用［2］。
隨著顆粒活性炭（Granular Activated Carbon，GAC）廢水 處理技術的發展，人們發現GAC表面極易于微生物的繁殖， 而且，具有微生物繁殖的活性炭使用壽命比無微生物的 GAC要長。1978年，美國學者米勒（G.A.Miller）和瑞士R.W. Rice首次采用了“生物活性炭”（Biological Activated Carbon， BAC）這一術語。其實，從20世紀60年代開始，歐洲一些國 家就用到BAC技術來深度處理水，并取得良好的效果。我國 也于70年代開始對BAC進行研究，而在廢水處理方面， BAC技術才剛剛起步，然而，該技術的優越性在實際應用當 中為眾所公認的［3］。
1 BAC作用機理
生物活性炭（BAC）技術以粒狀活性炭為載體，通過富集或人工固定化微生物，在活性炭表面形成生物膜，利用活性炭的吸附作用和生物膜的生物降解作用來去除污染物。同時，生物膜通過生物降解活性炭吸附的部分污染物而再生活性炭，從而大大延長活性炭的作用周期。
（1）活性炭的吸附作用
活性炭的吸附作用是通過活性炭固體表面具有多孔性 的特點，吸附去除污水或廢水中的有機物及有毒物質，使之 達到凈化的目的。研究表明，活性炭對分子量500～1000范圍 內的有機物具有較強的吸附能力［9］。活性炭對有機物的吸附 受其孔徑分布和有機物的極性及分子大小的影響。同樣大小 的有機物，溶解度越大、親水性越強，活性炭對它的吸附性越差，反之，對溶解度小，親水性差、極性弱的有機物如苯類化 合物、酚類化合物等具有較強的吸附能力。
（2）微生物的生物降解作用
BAC借助微生物群體的新陳代謝活動，微生物通過對 污染物的氧化分解過程獲取營養和能量，同時水中污染物也 因此改變了其化學結構，從而改變了化學和物理性能，最終 達到去除水中污染物及活性炭獲得再生的目的。
總之，BAC通過活性炭與微生物的協同作用，提高了微 生物對水中污染物的降解能力，活性炭粒的表面成為微生物 的良好培養基，并對微生物進行吸附。而且，其表面粗糙凹處 還具有遮擋水流剪斷力的作用。同時，好氧微生物可以提高活性炭的吸附容量，延長其使用壽命〔4〕。
2 BAC在水處理中的應用
20世紀20年代末、30年代初，國外開始用粉末活性炭 去除水中的臭味，并于1930年在美國費城建立了第一個用 活性炭吸附池除臭的水廠。50年代后，歐美國家開始大量使 用活性炭處理城市飲用水和工業廢水。我國對BAC的研究 也已有30多年的歷史。20世紀60年代末開始利用活性炭去除受污染水源的臭味。80年代初，北京市政工程設計院在北京田村山水廠進行了活性炭吸附試驗，實驗表明［5］，活性炭吸附去除微污染水源水中的有機物、有毒物質是有效的。 近些年來，我國對活性炭的研究和應用越來越重視，同濟大學、哈爾濱建筑大學都對活性炭做出了較為深入的研究，并已取得實用性的成果。
2.1 BAC在微污染水源處理中的應用
目前，國外應用BAC技術最廣泛的是對水進行深度處 理，它能夠有效地去除水中的有機物。歐洲應用BAC技術的 水廠已發展到70個以上。我國上海的楊樹浦水廠和南市水 廠于2002年10月開始也采用BAC技術處理原水，出廠水 質各項指標均達到國際先進水平。
近年來，由于對飲用水的色度、金屬含量（Fe、Al、Mn等） 及三鹵甲烷化合物（THM）的限制越來越嚴格，使人們愈發對 臭氧與生物過濾相結合的工藝產生了興趣。
臭氧—生物活性炭技術以預臭氧化代替預氯化，可以使 水中一些原來不易生物降解的有機物變成可生物降解的有 機物，臭氧化的同時還可提高水中溶解氧的含量。此外，水中溶解臭氧的濃度很低，自分解速度又快，活性炭對溶解臭氧有催化分解作用，因此不會抑制床中微生物的生長，與預氯化時的情況完全不同。
國內外不少學者還研究應用BAC技術與臭氧相結合處 理污染原水的方法，均表明對微染原水的處理非常有效。呂 炳南等［6］的研究結果（見表1）表明，BAC技術大大減少出水 的有機物種類。日本Kanamachi水質凈化廠［7］1984年開始使 用粉末活性炭處理水中的產生的霉臭的物質2-甲基異冰片 （MIB），取得了良好的效果。W.Nishijima等［8］研究了臭氧預 氧化后生物可降解溶解有機碳（BDOC）在BAC上的吸附和 解吸特性，以及BDOC在BAC上被非生物可降解溶解有機 碳（non.BDOC）置換，實驗結果表明，臭氧預氧化后產生的 BDOC的吸附性能略低于生物降解后殘余的non.BDOC。因 此，BAC之前的臭氧預氧化能夠延長活性炭的使用壽命，降低BAC段的有機負荷。
2.2 BAC在工業廢水處理中的應用
國外一些大學研制的生物活性炭攪拌池反應器，在處理 印染廢水上取得了很好的效果，該研究對BAC、生物砂床、 單純活性炭吸附及單純生物降解進行了平行實驗，并對不同 類型染料廢水的處理效果進行了分析。由表2可見BAC系 統的染料去除速率比單純生物降解及單純活性炭吸附兩過 程染料去除速率的和要高。
F.Nishimura等［9］采用BAC—BZ（生物沸石）組合工藝處 理同時含有抑制硝化作用的有機物和高濃度氨氮的污泥干 化廢水。實驗結果顯示，抑制性有機物濃度經過BAC反應器 后大幅度降低，氨氮濃度在經過BZ反應器后大大降低，污 染物的降低均為介質吸附過程和生物降解過程共同作用的 結果。
荷蘭學者利用活性炭生物膜（BACF）法與反滲透法組合來處理含殺蟲劑的污染水，對殺蟲劑的去除率高達99.5%，且臭氧-BACF的作用明顯減輕了反滲透膜的污染問題，處理效果優良且穩定［10］。
2.3 BAC在生活污水處理中的應用
BAC技術在生活污水處理中也取得了很好的效果，尤 其由于BAC法結合了生物降解和吸附2個過程，對于去除 非離子合成表面活性劑（NISS）非常有效。
德國的Schroder等學者在進行城市生活污水處理的研 究時，采用了新的總和參數分析及質量光譜分析來檢測污染 物的去除率，證明了用臭氧-生物活性炭法處理城市生活污 水，對其中烷基苯灰化合物及其降解產物等極性化合物的去 除率更好，這類化合物對水體中生物群落的內分泌系統有很 強的毒害作用［11］。
在芬蘭，人們研究了臭氧-雙級活性炭法［12］，對可同化有 機碳(AOC)的處理效果更好(出水AOC＜10μg/L)，由于經 BAC工藝處理，水質優良。
A.S.Sirotkin等［13］采用BAC工藝處理含非離子表面活 性劑的廢水，實驗結果表明，在系統運行初始階段，活性炭的 物理吸附發揮主要作用，隨著吸附逐漸達到飽和以及微生物 活性的逐漸增強，生物降解作用也逐漸增強，最終二者協同 作用，這種協同作用表現為微生物對活性炭吸附能力的再 生，再生度為20%～24%。
3 結語
BAC技術處理微污染水源、工業廢水、生活污水，具有 諸多的優勢，在未來的發展中將發揮著越來越重要的作用。 為進一步提高處理水的出水水質，增加去除有機污染物的效 率，在以后BAC技術的發展中應當加強對BAC技術與臭 氧、膜技術，超濾技術等其他水處理工藝的結合工藝的研究 和開發。同時，活性炭作為微生物群落集結地和降解污染物 的場所，對微生物的吸附和建立群落層次有著重要的作用， 因此活性炭材質對BAC的形成及降解能力強弱有無影響值 得我們關注。
參考文獻
1郭瑞霞，李寶華.活性炭在水處理應用中的研究進展.炭素技術， 2006，25（1）
2馬青蘭，王增長，李敏敏，等.活性炭凈化廢水處理研究.新型炭材 料，2002，17（1）
3張自杰，張忠祥，龍騰銳，等.廢水處理理論與設計.北京:中國建筑 工業出版社，2002
4聶鳳明.生物活性炭（BAC）技術在水處理中的應用現狀與前景.南 方冶金學院學報，2005，26（4）
5金偉，李懷正，范瑾初.粉末活性炭吸附技術應用的關鍵問題.給水 排水，2001，27（10）
6呂炳南，張金松，朱佳.用臭氧-生物活性炭（BAC）法深度處理飲用 水.中國給水排水，1993，9(3)來源：商靜宇
