活性炭孔径分布对BAC运行和微生物特性影响研究

活眭炭孔径分布对BAC运行和微生物特陛影响研究余神刘文君董丽华敖漉(1清华大学环境学院，北京100084；2解放军后勤程学院国防建筑规划与环境T程系，重庆401311)摘要平行运行一组小试炭柱，考察活性炭孔隙分布对炭柱运行效果和微生物特性的影响。结果表明：炭柱运行约100天后达到稳定，即成为生物活性炭(BAC)；稳定后炭柱顶部生物量在4．5×10～4．0×10。CFU／g，生物活性在9．13~56．09mg()2／(1·h·g)。增加炭颗粒表面的生物量和生物活性有助于提高炭柱对溶解性有机碳的去除效果。GAC表面的生物量和生物活性与活性炭D>10000nm的孔容积相关，R分别为0．7213和0．5979。为了提高BAC对有机物的去除效果，建议水厂使用该孔径范围内孔容积大的活性炭。活性炭孔径分布对炭颗粒表面微生物群落无选择性。关键词生物活性炭活性炭孔径生物膜生物量生物活性0前言颗粒活性炭(GAC)因其巨大的比表面积和发达的孔隙结构，可以有效吸附水中多种天然有机物(NOM)，广泛应用于饮用水深度处理中。GAC的粗糙表面也适于水中微生物定植。粘附在炭颗粒表面的微生物逐渐达到一定数量，形成生物膜。生物膜通过微生物代谢作用可以降解水中一部分N()M。而且在运行过程中GAC的吸附容量逐渐被饱和，活性炭池将更多地依赖生物膜的生物降解作用去除水中有机污染物，此时也称活性炭池为生物活性炭(BAC)池。由于BAC主要通过生物降解作用去除水中污染物，研究炭颗粒表面生物膜的生物量、生物活性和种群分布，对BAC池设计和运行优化十分重要。活性炭颗粒是生物膜附着的载体，生物膜的形成受到炭颗粒性质影响。电子显微镜下的观察结果表明，微生物主要聚集在活性炭表面的缝隙和凹陷处[1]。另外也有研究推测，活性炭表面适于微生物生长的孑L径范围为2～5／zmf2]。但是系统地研究活性炭孔径分布特性与BAC运行效果和生物膜形成的关系目前尚未见报道。本研究平行运行了一组装填有不同种类活性炭的小试炭柱，比较不同炭柱对溶解性有机碳(DOC)的去除率以及炭颗粒表面生物膜的生物量、生物活性和群落组成，考察活性炭的孔径分布特征对BAC运行效果和生物膜形成的影响。36给水排水Vo1．42No．320161试验装置与方法1．1试验装置实验室内运行了一组(5根)小型炭柱，分别填人不同类型的活性炭。首先对5种活性炭的基本性质进行分析，结果见表1。其中轩2竹屑炭和#3竹片炭为自制竹基活性炭，原料为毛竹废料。竹屑炭的生产工艺流程为烘十、挤压、炭化和活化，制得柱状炭后破碎处理。竹片炭则不经过挤压，直接炭化和活化后破碎。表1活性炭颗粒基本性质填炭堆积密度孔隙牢比表面积』一家类型／'kg／m／Fn／g#lPI(：A0．4261．4176()J~tcoDl#2竹屑0．3335．399()自制#3竹片()．3338．6】275自制#4原煤破碎0．5l24．2828IⅡ西华青#5压块破碎0．7340．3914II1两华青炭柱填炭高度为30cm，炭柱内径为3cm，活性炭颗粒规格为8×30目。运行过程中控制空床停留时问为25min。炭柱进水为自配水：在北京第九自来水厂砂滤池出水(D()C为1．5～2．5mg／l)的基础上添加葡萄糖至DOC为7～8mg／I。炭柱连续运行130天，运行温度为室温(18～20℃)。运行过程中监测进出水D()C浓度，比较炭柱对有机物的去除。定期监测活性炭表面微生物的生长和活性。1．2测试指标和方法(1)常规水质指标。炭柱运行效果通过进出水D0C变化反映，DOC质量浓度用TOC仪(OIAu—rora1030，美国)测定。(2)活性炭孔径分布。在吸附分析仪上(Au—tosorb—iQ2-MP，Quantachrome，美国)，于77K{=914定N。吸附／脱附等温线。分别采用t法和BJH法分析微孔分布(0．4～2nm)和中孔分布(2～5Onm)。大孔分布(5O～370000nm)采用压汞法，在高性能压汞仪(AutoPoreIV9500，美国)上测定。(3)微生物特性。生物膜的生物量和生物活性分别通过异养菌计数(HPC)和耗氧速率(OUR)表示。HPC测定方法：取500mg左右炭样，加人到5mL脱附溶液中l3]。将加人了脱附溶液的炭样进行超声处理，超声时间为10min。吸取一定量超声后的悬浊液，在R2A培养基中培养7天，7天后记录培养皿上菌落数。OUR测定方法：取0．5g左右炭样，放人微呼吸测量瓶，测量瓶中加满取炭处水样后密封。用溶解氧微电极(Unisense，丹麦)测定测量瓶中溶解氧浓度随时间的变化曲线，取初期直线段，拟合所得斜率为氧呼吸速率OUR，计算得到单位质量活性炭的OUR。电子显微镜(FEIQuanta200，捷克)观察炭颗粒表面微生物分布。使用SoilDNA试剂盒(OmegaBio-