生物活性炭处理废水中有机物的研究探讨

生物活性炭(BAC)是一种处理有机废水的有效方法。现以BAC处理废水中的酚和甲醇为例,综述BAC处理废水中有机物的机理和影响因素。并通过生物活性炭吸附降解四氯乙烯(PCE)的综合模型得到BAC作用与吸附和生物降解的关系。最后简单介绍了BAC中活性炭与微生物的选择。     

固定床生物活性炭吸附天然有机物及其模型化研究

以日本长良川原水为研究对象,提高水处理出水水质为目标,研究了生物活性炭(BAC)小柱对原水中天然有机物(NOM)的去除效果。比较了不同NOM进水浓度时BAC小柱对其的去除率,研究了小柱层内及出水中NOM的相对分子量分布随着通水时间增加的变化情况,并利用结合了理想吸附溶液理论(IAST)的平推流表面扩散模型对出水中NOM的浓度进行模拟。结果表明,BAC小柱对不同浓度原水中NOM的去除率均高于相同试验条件下的粒状活性炭(GAC)小柱;BAC小柱对相对分子量分布为1000~5200g/mol内各分子量区间的有机物均可去除;平推流表面扩散模型对试验数据拟合结果较好。     

生物活性炭去除水中挥发性苯系物的基础研究

采用连续流生物活性炭(BAC)工艺处理水中挥发性苯系物(BTEX,包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯),评价进水负荷、活性炭炭型等因素对于BAC处理性能的影响.研究表明,在40d的处理时间内,除苯之外,其余BTEX的BAC出水中均未检出苯系物(进水为6mg/L).为了检验BAC在高BTEX负荷情况时的处理效果,将进水浓度设定为19~32mg/L左右,在EBCT为1.2min条件下同样只有苯的出水浓度上升至10mg/L(C/Cin为0.45),然后略有下降,最终保持在5~10mg/L(C/Cin为0.3以下),其余苯系物出水浓度均一直保持小于5mg/L.这表明BAC可以有效地处理高负荷BTEX(8.68~12.9kgTOC/(m3·d))的进水.生物活性炭对于活性炭吸附容量的恢复有比较明显的作用,煤质炭和椰壳炭的生物再生效率分别为53.6%和26.6%,煤质炭再生效率高的原因可能是其具备更多的大型中孔和大孔.     

臭氧/陶瓷膜对生物活性炭工艺性能和微生物群落结构影响

利用处理量为120m3/d的臭氧/陶瓷膜-生物活性炭(BAC)组合工艺处理微污染原水,对工艺性能和BAC中的微生物多样性和种群结构进行了研究.结果显示,组合工艺可有效去除微污染原水中的有机物和氨氮.臭氧曝气提高了溶解氧浓度,改善了后续BAC工艺对氨氮的去除效果.组合工艺对氨氮和CODMn的总去除率分别约为90%和84%,其中BAC在污染物的去除中发挥了重要作用.组合工艺和传统工艺中BAC床层共检测到36个门类的细菌.与传统BAC工艺相比,臭氧/陶瓷膜降低了后续BAC中微生物群落结构的多样性和均匀度.组合工艺BAC中存在丰度较高的亚硝化单胞菌属和硝化螺旋菌属,可能对氨氮的去除具有重要的作用.臭氧/陶瓷膜对后续BAC中致病菌和条件致病菌有很好的预处理和抑制作用,显著降低了其相对丰度,提高了饮用水的生物安全性.     

臭氧/陶瓷膜对生物活性炭工艺性能和微生物群落结构影响

利用处理量为120m3/d的臭氧/陶瓷膜-生物活性炭(BAC)组合工艺处理微污染原水, 对工艺性能和BAC中的微生物多样性和种群结构进行了研究.结果显示,组合工艺可有效去除微污染原水中的有机物和氨氮.臭氧曝气提高了溶解氧浓度,改善了后续BAC工艺对氨氮的去除效果.组合工艺对氨氮和CODMn的总去除率分别约为90%和84%,其中BAC在污染物的去除中发挥了重要作用.组合工艺和传统工艺中BAC床层共检测到36个门类的细菌.与传统BAC工艺相比,臭氧/陶瓷膜降低了后续BAC中微生物群落结构的多样性和均匀度.组合工艺BAC中存在丰度较高的亚硝化单胞菌属和硝化螺旋菌属,可能对氨氮的去除具有重要的作用.臭氧/陶瓷膜对后续BAC中致病菌和条件致病菌有很好的预处理和抑制作用,显著降低了其相对丰度,提高了饮用水的生物安全性.     

生物活性炭投加量对垃圾渗滤液处理效果的影响

试验对比了不同生物活性炭(biological activated carbon,BAC)投加量对垃圾渗滤液去除COD效果的影响.每升活性污泥中活性炭投加量为0、100、300 g的反应器处理垃圾渗滤液100个周期平均COD去除率分别为12.9%、19.6%、27.7%,表明BAC可以去除部分难降解有机物,并且COD去除率与投加量呈正相关关系.曝气8 h反应器中二氧化碳(CO2)产生量依次为109、193、306 mg,表明生物分解量也与投加量呈正相关关系.分析认为COD去除率与投加量的正相关关系是由于吸附与生物再生的共同作用导致,生物再生是BAC能够生物分解难降解有机物的根本原因.     

生物活性炭降解2,4-二氯酚的特性

以普通活性污泥法和石英载体生物膜法为对照,研究生物活性炭对2,4-二氯酚(2,4-DCP)的吸附特征和生物吸附动力学,探讨生物活性炭去除2,4-DCP的作用机制.结果表明:使用粉末活性炭吸附2,4-DCP可行且具有较强的抗冲击负荷能力,生物活性炭比活性污泥法、石英生物膜法的降解速率快,抗冲击负荷能力强,适合长期高浓度运行使用.且在生物活性炭系统中,除了活性炭吸附和生物降解作用外,活性炭对2,4-DCP还有氧化降解作用.     

膜与臭氧化生物活性炭组合系统的运行效能

将膜与臭氧化-生物活性炭工艺组合,在臭氧化-生物活性炭O₃+BAC工艺前,先经MF过滤,去除能被O₃氧化的固体颗粒状有机物,减轻BAC的有机负荷,再对BAC出水进行UF过滤,能有效地防止由BAC表面脱落的微生物进入水中,有效地去除水中的有机污染物,去除率为60％－85％,COD_Mn值全部在1.2－17mg/L之间,平均为1.3mg/L能确保出水水质．     

臭氧活性炭工艺中卤乙酸生成潜能与相对分子质量分布关系的研究

通过臭氧生物活性炭和微曝气生物活性炭(O₃/BAC和micro-aeration/BAC)2套工艺研究其对不同相对分子质量有机物去除特点和不同相对分子量有机物生成的卤乙酸及其去除特性.结果表明,O₃/BAC工艺对相对分子质量区间>30×10³的有机物去除率超过90%.O₃/BAC与micro-aeration/BAC出水中,UV₂₅₄值表示相对分子质量<103的有机物超过50%,相对分子量区间在10×10³～30×10³的有机物占20%～30%;在O₃/BAC和微曝气/BAC工艺出水中,以相对分子质量<10³的有机物生成的卤乙酸最多,生成DCAA、TCAA、DBAA分别为97.00、38.55、2.10μg/L和104.00、42.75和2.92μg/L;采用各处理单元不同分子量有机物与氯反应生成的DCAA、TCAA、DBAA和THAAs与相对应的UV₂₅₄值进行线性拟合,相关系数分别为0.827、0.851 3、0.815 7和0.878.UV₂₅₄与臭氧生物活性炭处理工艺出水中的卤乙酸生成潜能具有较好的线性关系.     

生物降解与吸附作用协同去除卤乙酸生成势

评价了生物强化活性炭(BAC)的生物降解与吸附作用协同对消毒副产物前体物质(DBPFP)的控制效果.控制 BAC 的空床接触时间(EBCT)为 20min 时,BAC 对卤乙酸生成势(HAAFP)的去除率达到 59%,而相同条件下,普通颗粒炭(GAC)对其去除率只有 27%.BAC 工艺中微生物数量和微生物活性均明显高于 GAC 工艺.通过微生物降解作用和活性炭吸附作用的协同,BAC 对 HAAFP 的去除率与 EBCT 具有明显的线性相关性(R²=0.9069).BAC 出水中指标 UV254与 HAAFP 也表现出一定的线性相关性(R²=0.7702).     

炼油厂污水回用处理研究

研究表明，炼油厂外排污水采用悬浮载体生物接触氧化、砂滤和臭氧生物活性炭工艺深度处理，主要污染物都有良好的去除效果，总出水清澈、无色，可以满足多种回用要求。分析表明，大部分还原性污染物通过生物深度处理而去除，而微量有机物主要由臭氧生物活性炭去除。工艺系统具有除污染效率高、运行稳定、抗冲击能力强等优点。     

Development of pretreatment protocol for DNA extraction from biofilm attached to biologic activated carbon (BAC) granules

The biologic activated carbon (BAC) process is widely used in drinking water treatments. A comprehensive molecular analysis of the microbial community structure provides very helpful data to improve the reactor performance. However, the bottleneck of deoxyribonucleic acid (DNA) extraction from BAC attached biofilm has to be solved since the conventional procedure was unsuccessful due to firm biomass attachment and adsorption capacity of the BAC granules. In this study, five pretreatments were compared, and adding skim milk followed by ultrasonic vibration was proven to be the optimal choice. This protocol was further tested using the vertical BAC samples from the full-scale biofilter of Pinghu Water Plant. The results showed the DNAyielded a range of 40 μg·g⁻¹ BAC (dry weight) to over 100 μg·g⁻¹ BAC (dry weight), which were consistent with the biomass distribution. All results suggested that the final protocol could produce qualified genomic DNA as a template from the BAC filter for downstream molecular biology researches.     

生物活性炭老化对滤池过滤阻力和处理效果的影响

利用饮用水厂运行10年的生物活性炭(BAC)装填滤柱,研究活性炭老化对滤柱过滤阻力和处理效果的影响.结果表明,活性炭老化会产生大量小粒径颗粒炭,沉积于活性炭池表层的小粒径颗粒炭产生的过滤阻力是滤柱总阻力的主要来源,其比阻约为底层炭的22倍.强化反冲洗仅可降低初始过滤阻力,移除表层细炭是降低活性炭滤池阻力的有效方法.强化反冲洗对滤柱过滤性能无显著影响.移除表层细炭后,老化活性炭滤柱对总有机碳的去除率由24.71%下降至7.04%,而后恢复至移除前的水平.移除表层炭后老化活性炭对UV₂₅₄和大于2μm颗粒数的去除率与对照组活性炭相似.降低活性炭滤池的反冲强度、延长过滤周期是延长老化活性炭寿命的有效方法.     

高锰酸盐预氧化对后续生物活性炭工艺去除有机物的影响

通过测定有机物相对分子质量分布与活性炭上有机物和无机盐沉积情况,分析了高锰酸盐预氧化对后续生物活性炭工艺去除有机物的影响规律.实验结果表明,相对分子质量小于3×10³的有机物是BDOC的主要组成部分;高锰酸盐预氧化强化混凝工艺对大分子有机物(相对分子质量10×10³至0.45μm)去除的同时,使小分子有机物(0～3×10³)的含量增加,提高了活性炭进水的可生化性.与单独BAC工艺对比,高锰酸盐预氧化后使活性炭上沉积的有机物和无机盐含量分别降低了5.0mg·g^-1和4.16 mg·g^-1,减少了活性炭孔径的堵塞,延长了活性炭的使用周期.     

Pronounced temporal changes in soil microbial community and nitrogen transformation caused by benzalkonium chloride

As one typical cationic disinfectant, quaternary ammonium compounds (QACs) were approved for surface disinfection in the coronavirus disease 2019 pandemic and then unintentionally or intentionally released into the surrounding environment. Concerningly, it is still unclear how the soil microbial community succession happens and the nitrogen (N) cycling processes alter when exposed to QACs. In this study, one common QAC (benzalkonium chloride (BAC) was selected as the target contaminant, and its effects on the temporal changes in soil microbial community structure and nitrogen transformation processes were determined by qPCR and 16S rRNA sequencing-based methods. The results showed that the aerobic microbial degradation of BAC in the two different soils followed first-order kinetics with a half-life (4.92 vs. 17.33 days) highly dependent on the properties of the soil. BAC activated the abundance of N fixation gene (nifH) and nitrification genes (AOA and AOB) in the soil and inhibited that of denitrification gene (narG). BAC exposure resulted in the decrease of the alpha diversity of soil microbial community and the enrichment of Crenarchaeota and Proteobacteria. This study demonstrates that BAC degradation is accompanied by changes in soil microbial community structure and N transformation capacity.