浏览次
Study on disposal of restaurant wastewater with immobilized biological activated carbon fiber Cong Qiao1，Zhao Xiaoming2，Qu Jiao1. (1.Bohai University Faculty of Chemistry and Chemical Engineering， Jinzhou Liaoning 121000；2.College of Urban and Environmental Sciences，Northeast Normal University，Changchun Jilin 130000)
Abstract：The theme of this paper focused on disposing restaurant wastewater with IBACF and IBAC, assessing the effects through three important removing rate targets of turbidity, COD, UV254.The three targets-turbidity, UV254, COD removing rate of the water sample disposed by IBACF were 81.5%, 68% and 83%. After this experiment, turbidity contained in the disposed water sample was 48.7 NTU, UV254 was 0.567, COD was 150 mg/L. The three targets- turbidity, UV254, COD removing rate of the water sample disposed by IBAC were 65.0%, 57% and 76%. After this experiment, turbidity contained in the disposed water sample was 88.0 NTU, UV254 was 0.742, COD was 224 mg/L.
Keywords：IBAC IBACF COD Turbidity UV254
目前，对餐饮废水的处理主要采用的方法包括物理法、物理化学法、传统生物法和电化学法等。物理法只能除去水中的油脂，对其他有机物的去除效果并不理想；物理化学法，尤其是混凝法处理餐饮废水，工程占地面积小，投资少，受气温影响小，但采用混凝会产生大量的污泥，造成二次污染；传统的生物处理方法运行比较稳定，处理效果好，但占地面积大、停留时间长，同时也存在着污泥的二次污染问题；电化学法耗电量大，只适合在电量充足、电费便宜的地方使用。因此，应找到一种占地面积小、投资少、污染小和运行费用低的方法处理餐饮废水。
笔者采用固定化生物活性炭技术处理餐饮废水，是近年发展起来的新技术，具有占地面积小、投资少、污染小、运行费用低、处理效果好和可连续运行等优点，有较好的应用前景。
1 实验部分
1.1 实验原理
活性炭的比表面积大、孔隙率高，所以具有良好的吸附性能，而且化学稳定性好，是一种多孔性的疏水性吸附剂。但是，在用活性炭处理废水时，活性炭的使用寿命短，再生困难，为了解决这个问题，近年来发展出了一种新技术——生物活性炭技术。这种技术尝试在活性炭的表面培养微生物并使其呈膜状附着于活性炭的表面。通过活性炭表面的微生物对废水中的有机物的氧化分解和微生物自身的新陈代谢作用，使得废水中的有机污染物得以降解，而活性炭也得到了活化和再生，既充分利用了活性炭的良好吸附性能，同时又利用了微生物的降解作用，其处理效果比用普通活性炭的处理效果好得多。生物活性炭处理技术的优势就在于微生物的降解作用使活性炭吸附的有机物被去除,将活性炭内这部分物质所占有的吸附位重新空出来，从而长时间地保持活性炭的吸附能力，这就是活性炭的生物再生作用[1]。由于活性炭的物理吸附作用和生物降解作用的同时存在，因此活性炭的生物再生作用既可以在连续运行状态下进行，又可以在其饱和后单独进行，从而大大延长了活性炭的使用寿命,保证了系统对COD始终具有很高的去除率。
生物活性炭主要有粒状生物活性炭（BAC）和生物活性炭纤维（BACF）两种形式。当用粒状生物活性炭处理废水时，由于微生物降解和活性炭吸附的协同效应，不仅提高了活性炭的吸附容量，延长了其使用寿命，而且还提高了去除有机物的能力。但是颗粒活性炭的机械强度有限，使用中易产生细小颗粒或粉末。而活性炭纤维是以有机纤维为原料，经高温炭化和活化而得到，它具有独特的结构、优异的吸附性能、较高的机械强度和良好的生物相容性，更易于微生物的固着[2]。
1.2 水样预处理
本研究针对餐饮废水水质特点，提出物化法与生物法相结合的工艺，流程如下：餐饮废水经过砂滤后在中间水池中进行曝气，将曝气后的水样分别通过固定微生物的粒状活性炭（IBAC）及固定化生物活性炭纤维柱（IBACF），测定出水指标。试验用水取自渤海大学二食堂，废水在经过物化预处理工艺之后进入固定化生物活性炭装置,预处理的实验条件为：石英砂滤柱高40 cm，内径50 mm，滤层厚度30 cm，承托层厚5 cm；滤速45 mL/min。经过长期监测，所得的餐饮废水水质见表1。表1 餐饮废水水质 
1.3 微生物的固定化方法
固定化生物活性炭是以活性炭为载体，人为采用吸附载体法将工程菌吸附在活性炭表面形成生物膜，通过工程菌的生物降解作用和活性炭纤维的物理吸附作用对污染物进行去除.而工程菌是经过针对性筛选、驯化得到活性极高的微生物。
采用平板培养-斜面培养-摇床培养的方式，培养出的优势菌种为假单胞菌种、芽孢菌种、荚膜菌种、杆菌、球菌。采用由富营养到贫营养再到富营养的方法，提高微生物对废水的耐受力和其降解废水的能力，完成微生物的驯化。将混合均匀的含有微生物的废水水样，接入活性炭柱，以10 mL/min的流速进行出水回流，每回流两小时停止1 h，共回流5次。经活性炭的物理吸附作用固定微生物，稳定后即可投入实验运行。
2 结果与讨论
2.1 连续运行时对COD的去除效果
对COD测定的结果如图1、图2所示。整个阶段进水COD为200～1 700 mg/L，平均为942 mg/L；经系统处理之后，砂滤－IBACF出水COD为39.5～333 mg/L，平均为150 mg/L，总体去除率为74%～93%，平均为83%；砂滤－IBAC出水COD为80～491 mg/L，平均为224 mg/L，总体去除率为55%～88%，平均为76%，总体趋势随进水COD而变化。由图可以看出，系统很快达到了生物稳定状态，出水始终保持在一个比较稳定的水平。这主要是由于在试验之前，对优势工程菌种进行筛选、驯化，然后人工投加到活性炭上，对活性炭进行固定化，由于优势工程菌种有很高的活性和选择性，能较快地适应环境，试验开始后，在较短的时间内，固定化后的活性炭就能同时进行物理吸附和生物降解作用，进入生物活性炭的稳定期。由于活性炭纤维的比表面积要大于粒状活性炭的比表面积，因此处理效果纤维炭要好一些。 图6 系统对UV254的去除率
由图5、图6可以看出，整个阶段进水UV254为3.442～0.498，平均为1.72；经系统处理之后，砂滤－IBACF出水UV254为0.17～1.377，平均为0.567，总体去除率为38%～86%，平均为68%；砂滤－IBAC出水UV254为0.215～1.699，平均为0.742，总体去除率为27%～81%，平均为57%。由图5、图6还可以看出，对于UV254的去除波动较大，这一方面与进水水质有关，一方面是由于炭柱的物理吸附和生物降解共同作用所致。开始时，由于活性炭对有机物吸附速率较快，而炭上生物量较少，因而活性炭的物理吸附起主要作用，脱除率高；经过一段时间后，随着活性炭上吸附的物质累积量增多以及微生物的生长占据了活性炭的吸附位，吸附速率开始下降，致使去除率有所降低，但随着炭上吸附和生长的异养菌微生物的增加，生物降解开始发挥作用，使去除率经短时间的降低后，又有所提高并趋于稳定。处理效果同样是活性碳纤维要优于粒状炭。
2.4 运行稳定后生物活性炭纤维柱中的生物相
试验期间不定期地对生物活性炭纤维柱中的生物相进行了观察，以便随时了解生物活性炭纤维柱的运行状况。生物活性炭纤维柱生物膜形成稳定后，对其生物相进行了观测。生物相的观察采用10×10低倍光学显微镜。观测前，先将柱中炭样取出置于烧杯，用少许蒸馏水冲洗，然后搅拌，最后取出水样进行观测。镜检中观测到了累枝虫、钟虫、漫游虫、线虫等原生动物和后生动物，这说明活性炭生物膜内生物相比较多，出现原生动物和后生动物也是水质好的标志。3 结 论
（1）采用砂滤－固定化生物活性炭技术处理餐饮废水是可行的。该工艺对废水中的浊度、COD和UV254均有很好的去除作用，出水水质比较稳定。通过对活性炭进行生物挂膜和微生物的驯化之后，能在保证活性炭原有的吸附性能之外，很有效地解决活性炭的生物再生问题，大大延长了其使用周期，节省了运行处理费用。
（2）IBACF与IBAC相比在吸附容量上具有优势，这使得污染物能被进一步去除，而且设备装置可以更小型化，节省投资。随着将来ACF规模生产的实现，ACF价格的降低,这一优势将更为突出。因此，很有必要深入研究ACF的吸附性能及机理。
参考文献
[1] 周娟娟，胡中华.活性炭纤维的微生物固定方法研究[J].中国给水排水，2005，21(1)：45-48.
[2] 唐登勇，郑正，苏东辉，等.活性炭纤维在水处理中的应用研究新进展[J].工业用水与废水，2003，34（4）：1-4.
