[科普中国]-粉末炭活性污泥法-

向曝气池投加粉末活性炭，使混合液中活性炭保持一定浓度，活性炭的巨大吸附能力将微生物、有机物和溶解氧吸附在表面，从而相对提高了浓度，为微生物代谢活动创造了条件，加快了有机物的去除的污水处理方法。活性炭还能提高污泥密度，使之易于沉淀．因此，这是一种活性污泥形式的活性炭吸附，生物氧化的综合处理方法。采用粉末炭活性污泥法能改善出水水质，提高对有毒物质和重金属等冲击负荷的承受能力，并具有较好的除臭脱色、消减泡沫的效果。1

概述活性污泥法的各种工艺在运行过程中，最关键之处在于维持活性污泥的活性和凝聚性(沉淀性能)。而活性污泥的凝聚性能极易受进水水质和外界因素的影响，从而导致二沉池出水飘泥等异常现象。此时，在曝气池中投加粉末活性炭、混凝剂或其他化学药剂，往往会取得很好的效果，这就是所谓的“投料式”活性污泥法。其中以投加粉末活性炭为多，又称PACT法(粉末活性污泥法)。因粉末活性炭对进水有机物的吸附能力远远强于活性污泥，因此会产生粉末活性炭对进水有机物不断吸附、活性污泥微生物不断对粉末活性炭所吸附的有机物降解的现象。2

特点与传统的活性污泥处理系统比较，PACT技术具有以下特点：

(1)可通过吸收溶解性有机物质而提高系统的抗冲击负荷能力；

(2)可通过吸收难降解性有机物质而提高COD去除率；

(3)能提高色度的去除率；

(4)可改善污泥的沉淀、浓缩、脱水性能；

(5)由于系统去除率的提高以及混合液生物固体浓度的增加，系统的水力负荷能得到很大提高；

(6)由于PAC吸收抑制性物质或硝化菌提供给吸附表面，改善了系统硝化能力：

(7)提高了EPA优先污染物的去除率。

工艺流程PACT技术的工艺流程如图所示。

粉末活性炭连续或间歇地按比例加入曝气池。由于在曝气池中吸附过程与生物降解过程同时进行，所以能达到较高的处理效率，获得较好的出水水质。完全混合的污泥和粉末活性炭流到二沉池中，污泥回流到曝气池，处理水排放，粉末活性炭再生后回用于该系统。

PACT的代谢机制PACT的代谢机制包括活性炭作用下的“生物活性的激活”和微生物作用下的“活性炭的生物再生”两种作用。针对微生物是否对活性炭有生物再生作用，一般有下列两种观点。

第一种观点认为PACT中不存在PAC的生物再生。由于微生物对PAC的再生不起作用，所以PAC经过几个吸附周期后，有机污染物的去除率逐渐下降。这种现象可解释为由于PAC表面逐渐达到饱和，从而减小有机物去除率。微生物之所以对PAC的再生不起作用，是因为酶反应需要一定的空间和移动的自由性，以便和基质结合；若要使酶在微孔中起催化作用，微孔直径至少应等于酶直径的3倍。而最简单、最小的酶分子平均直径为3．1～4．4 nm所以酶若要整个进入孔隙中起催化作用，其孔径须大于10 nm，而粉末活性炭微孔的直径小于4 nm，所以活性炭的生物再生是不可能的。因此，PACT对系统出水水质的改善是PAC吸附与微生物代谢的简单结合。

第二种观点认为微生物细胞与PAC是相互影响的，即存在PAC的生物再生。PAC的存在增加了固液表面，微生物细胞、酶、有机污染物、氧能够吸附在此表面上，为微生物代谢提供良好环境。另外，表面的物化催化反应也有可能在PAC表面发生。虽然粉末活性炭对有机物的吸附主要发生在微孔中，细菌个体不能进入，但其分泌的胞外酶D≤1 nm，所以有一部分酶可能通过扩散进入微孔中，与吸附位上有机物反应，使得吸附位空出。另外，在细胞衰老或高冲击力水流作用下出现的细胞自溶使得氧化酶能与污染物接触，而且酶的催化作用只需酶的局部(含活性基因的主链或侧链)进入活性炭微孔与污染物接触即可。所以，酶对活性炭微孔部分生物再生是有可能的。排泄到PAC微孔中的生物酶能够对PAC吸收的有机物进行胞外生物降解，使PAC得到再生。与单纯的吸附系统比较，由于生物再生使得活性炭的吸收能力提高，延长了活性炭使用周期。即PACT系统是PAC与污泥吸附作用和微生物的生物降解作用相结合的系统。

粉末活性炭投加对活性污泥系统的影响往曝气池中投加粉末活性炭会对活性污泥处理系统的运行产生多方面的影响。

1)改善絮凝体的沉降性能

投加到曝气池中的粉末活性炭能与絮凝体结合，增加絮凝体密度，提高絮凝体的沉降性能。Huto研究表明，PACT系统中的活性炭起着沉淀剂的作用。投加PAC也能改善垃圾渗滤液废水处理系统中活性污泥的沉降性能。但有一点应注意，为提高污泥的沉降性，必须考虑粉末活性炭的粒径大小。

2)提高系统的抗冲击负荷能力

粉末活性炭对污染物的吸附能力与污染物的浓度有关。污染物浓度高时，粉末活性炭的吸附量增加；浓度低时，由于解吸作用又有部分被吸附回到溶液中。所以粉末活性炭能对污染物浓度变化起到缓冲作用。粉末活性炭能对微生物起到保护作用，提高了系统抗冲击负荷能力。垃圾渗滤液不但水质水量变化大，而且还含有有毒有害的物质，在活性污泥系统投加粉末活性炭后，系统的抗冲击负荷能力显著提高，而且活性污泥系统若受到毒性物质冲击，其恢复正常处理状态较快。但若活性污泥的生物絮凝能力遭到破坏，生物降解完全停止，投加PAC后，只能提高生物处理率，而不能改善污泥的沉降性能。

3)除色、除臭并消除发泡现象

与传统的活性污泥法相比，PACT能有效地去除色度、除臭并消除发泡现象。Wu等对许多处理方法比较后发现，PACT是染料废水处理的最佳工艺。Benedek等用活性污泥法处理化工废水时，投加PAC后，能有效控制曝气池内的发泡现象。另外Kincannon等发现，曝气池内投加PAC后能降低污水中某些物质如甲苯等发出的恶臭，分析其原因，主要是活性炭对含芳香环的有机物具有较强的选择吸附性。

4)有助于生物系统对污水中氮的去除

传统活性污泥系统对污水中总氮的去除率仅为30%左右。处理水排放到水体后，易造成水体富营养化。粉末活性炭能吸附某些毒性物质，使得系统硝化与反硝化率提高。

5)提高系统处理效率

活性污泥系统投加PAC后，处理效率能大幅度提高。一方面，PAC加入后能使污水中有机物与微生物接触时问延长，为一些难降解物质的生物降解提供了可能；另一方面，粉末活性炭具有选择性吸附难降解性物质(如木质素、腐殖质等)和毒性物质(苯酚、有机氯化物等)的特性。而且，微生物本身产生的有毒、难降解性物质也能被有效吸附，能防止生物活性的下降。另外，投加粉末活性炭还能增加系统的污泥浓度，有效地提高了各种废水处理系统的处理率。

Ying等发现，在各种运行条件下，往处理垃圾渗滤液SBR系统投加PAC后，许多卤代有机物浓度均降到各自的允许检测浓度。投加PAC的活性污泥系统处理含Cr废水时，COD和Cr的去除率均显著提高。对处理医药行业废水的活性污泥系统和处理垃圾渗滤液SBR系统投加PAC后，COD的去除率都有较大提高。

PACT系统的运行PACT系统的成功运行在很大程度上取决于所投加的粉末活性炭的量和粒径大小及系统中活性污泥的浓度。一般针对某一具体的PACT系统，首先需要进行间歇试验，确定所需投加的PAC的量及尺寸大小；然后再进行连续实验确定系统的污泥浓度。

PACT的应用针对渗滤液的水质特点，PACT工艺利用了PAC对难以降解的有机物具有较好的吸附性能这一特点。在PACT工艺中，渗滤液中难降解的有机物首先被吸附在PAC表面。这样，宏观环境中的难降解物质和有毒物质的浓度减少，处于游离状态的微生物活性提高，对污染物的分解和去除能力增强。同时，由于PAC对难降解物质和微生物的吸附，延长了微生物与这些物质的接触时间，使得微生物泥龄大大延长，一般可达50～100 d，这就为微生物繁衍提供了良好的条件。长期运行的结果，使得PACT处理系统中的微生物数量和种类要求比传统生物处理系统中的微生物数量和种类多，微生物得到了驯化。

通过PAC和微生物的吸附一降解这种协同作用提高了对渗滤液中难降解有机物的去除效果。PACT工艺除了能强化活性污泥法的净化功能，改善出水水质，减少有毒有害物质对生物氧化的抑制作用外，还具有较好的脱色、除臭、消除泡沫的效果，能改善污泥的凝聚沉降性能，可以提高二沉池和污泥脱水设备的能力，避免产生污泥膨胀。3

本词条内容贡献者为:

吴俊文 - 博士 - 厦门大学