吸附生化耦合水處理技術：原理與應用

1水和廢水處理：活性炭吸附歷史回顧及其與生物工藝的耦合1
1.1活性炭的歷史1
1.2活性炭的應用概述2
1.3活性炭在環(huán)境污染領域的應用3
1.3.1活性炭在給水處理中的應用3
1.3.2活性炭在污水處理中的應用4
1.3.3活性炭在其他污染治理中的應用4
1.3.4吸附生化耦合技術在水處理中的應用5
1.3.5耦合技術對其他污染物的強化去除6
參考文獻7

2水和廢水處理中活性炭吸附基礎9
2.1活性炭9
2.1.1活性炭制備9
2.1.2活性炭特性10
2.1.3活性炭種類11
2.2吸附11
2.2.1吸附類型12
2.2.2吸附影響因素13
2.2.3吸附動力學15
2.2.4吸附平衡和吸附等溫線17
2.2.5單組分/多組分吸附19
2.3水和廢水處理中的活性炭吸附反應器21
2.3.1PAC吸附器21
2.3.2GAC吸附器21
2.4活性炭再生與活化27
參考文獻28

3活性炭吸附與生化降解耦合廢水處理工藝31
3.1二級與三級處理：生化、吸附單體工藝向耦合工藝的發(fā)展31
3.1.1活性炭在二級處理工藝中的應用32
3.1.2活性炭在三級處理工藝中的應用33
3.2吸附和生化去除耦合作用機理34
3.2.1有機物的主要去除機理34
3.2.2有機物/生物質/活性炭間的主要反應39
3.2.3污染物特性對其表現及去除的影響43
3.3顆?；钚蕴浚℅AC）與廢水生物處理技術的耦合44
3.3.1GAC反應器在廢水處理中的地位44
3.3.2GAC反應器的生物活性44
3.3.3GAC向BAC的轉化45
3.3.4BAC反應器中的主要反應進程47
3.3.5BAC反應器的種類48
3.4PAC與廢水生物處理技術的耦合49
3.4.1一級連續(xù)流好氧PACT工藝49
3.4.2序批式PACT工藝52
3.4.3厭氧PACT工藝53
3.5PAC/GAC膜生物工藝53
3.5.1膜生物反應器（MBR）53
3.5.2PAC-MBR工藝53
3.5.3生物膜GAC過濾工藝——BioMAC工藝54
3.6耦合工藝的特色54
3.6.1活性炭強化有機碳的去除55
3.6.2活性炭強化硝化作用55
3.6.3活性炭強化反硝化作用57
3.6.4活性炭對無機物的作用57
3.6.5活性炭強化厭氧處理效果57
3.6.6活性炭生物污泥的特點58
3.6.7PAC對膜生物反應器的作用58
3.7PACT和BAC污泥的再生61
參考文獻62

4活性炭對特殊污染物和廢水的生物處理：小試和中試研究69
4.1工業(yè)廢水的處理69
4.1.1制藥廢水的處理69
4.1.2造紙及紙漿廢水的處理70
4.1.3煉油及石油化工廢水的處理71
4.1.4紡織廢水的處理72
4.1.5其他工業(yè)廢水的處理72
4.2特殊化合物的去除75
4.2.1揮發(fā)性有機物（VOCs）的去除75
4.2.2酚類化合物的去除77
4.2.3藥品和內分泌干擾物(EDC)的去除79
4.2.4殺蟲劑和多氯聯(lián)苯（PCBs）的去除79
4.2.5優(yōu)先控制污染物的去除80
4.2.6染料的去除80
4.2.7二級處理出水中有機污染物的去除80
4.2.8其他化合物的去除81
4.3垃圾滲濾液處理82
4.3.1PACT工藝處理滲濾液83
4.3.2PAC-MBR工藝處理滲濾液85
4.3.3BAC工藝處理滲濾液86
參考文獻87

5活性炭吸附耦合生化處理工程案例94
5.1PACT工程案例94
5.1.1PACT處理工業(yè)廢水95
5.1.2PACT處理生活與工業(yè)混合廢水100
5.1.3PACT處理垃圾滲濾液101
5.1.4PACT處理受污染地下水102
5.1.5PACT生活污水深度處理102
5.1.6PACT處理受污染雨水103
5.2BAC工程案例——以回用為目的的BAC過濾工藝103
5.2.1回用于農業(yè)灌溉103
5.2.2回用于飲用104
5.2.3回用于非飲用目的的其他用途104
參考文獻105

6吸附生物降解耦合工藝污水處理模型107
6.1生物活性的GAC吸附劑模型107
6.1.1引言107
6.1.2炭顆粒表面生物膜的傳質反應過程107
6.1.3與基本工藝相關的吸附生物降解耦合的優(yōu)點114
6.1.4GAC/BAC反應器模型方法116
6.1.5包括吸附和生物降解的BAC反應器模型127
6.2PACT工藝的模型130
6.2.1PACT工藝中的質量平衡130
6.2.2PACT工藝中PAC質量平衡131
6.2.3PACT工藝中基質去除模型133
參考文獻136

7生物處理工藝中活性炭生物再生139
7.1生物再生機理139
7.1.1基于濃度梯度的生物再生139
7.1.2基于胞外酶反應的生物再生140
7.1.3基于微生物馴化的生物再生142
7.2離線生物再生142
7.3PACT和BAC系統(tǒng)中的同步生物再生143
7.4吸附可逆性對生物再生效果的影響144
7.5其他影響生物再生的因素145
7.5.1生物降解能力146
7.5.2基質的化學性質147
7.5.3活性炭粒徑147
7.5.4活性炭的孔隙度148
7.5.5活性炭的活化方式148
7.5.6活性炭的物理表面性質148
7.5.7脫附動力學149
7.5.8活性炭與基質的接觸時間149
7.5.9濃度梯度和活性炭飽和度150
7.5.10生物濃度150
7.5.11溶解氧濃度151
7.5.12微生物種類151
7.5.13微生物代謝產物151
7.5.14多種底物的存在152
7.6生物再生效果的測定153
7.6.1評估吸附再生的程度154
7.6.2吸附等溫線法155
7.6.3吸附容量法156
7.6.4溶劑萃取直接測量法156
7.6.5吸附生物降解對比分析法156
7.6.6生物降解產物法157
7.6.7好氧呼吸測量法157
7.6.8SEM檢測158
7.7厭氧/缺氧系統(tǒng)中的生物再生159
7.8活性炭生物再生模型159
7.8.1同步生物再生模型160
7.8.2單組分系統(tǒng)生物再生模型160
7.8.3多組分系統(tǒng)生物再生模型166
7.8.4離線生物再生模型167
7.8.5生物再生動力學模型167
參考文獻168

8給水處理中活性炭吸附生物降解耦合技術175
8.1引言175
8.2水處理生化過程原理175
8.3水處理中有機物的重要性176
8.3.1采用有機碳表示有機物176
8.3.2測定天然有機物中的可生物降解組分177
8.3.3不可生物降解溶解性有機碳(non-BDOC或NBDOC)179
8.3.4依據分子大小和化學性質分離天然有機物179
8.4傳統(tǒng)水處理對NOM的去除180
8.4.1NOM去除理論180
8.4.2NOM去除程度181
8.5給水處理中的活性炭技術181
8.5.1粉末活性炭(PAC)的投加181
8.5.2顆粒活性炭(GAC)過濾182
8.6生物活性炭(BAC)過濾182
8.6.1BAC過濾的歷史182
8.6.2臭氧與BAC聯(lián)合184
8.6.3BAC在水廠中的應用情況184
8.7水的吸附和生物降解性184
8.7.1原水NOM184
8.7.2臭氧對NOM特性的影響185
8.7.3水中有機物吸附性能和生物降解性能的確定187
參考文獻192

9BAC過濾對NOM、營養(yǎng)元素和微污染物的去除196
9.1有機物去除196
9.1.1主要機理196
9.1.2穿透曲線196
9.1.3BAC濾池的生物再生201
9.2BAC過濾效果的主要影響因素202
9.2.1GAC與其他濾料的比較202
9.2.2GAC的類型202
9.2.3空床接觸時間(EBCT)和水力負荷(HLR)203
9.2.4濾池反沖洗204
9.2.5溫度204
9.2.6殘留氧化劑204
9.3BAC濾池的運行效果：有機物去除205
9.4BAC濾池的運行效果：營養(yǎng)物去除210
9.4.1BAC濾池內的硝化作用210
9.4.2BAC濾池內的反硝化211
9.5BAC濾池對有機微污染物的去除212
9.5.1水中的有機微污染物212
9.5.2本底NOM和有機微污染物的競爭212
9.5.3有機微污染物在預載GAC中的吸附213
9.5.4GAC特性對吸附的影響213
9.5.5BAC過濾對有機微污染物的吸附和生物降解214
9.5.6BAC過濾對消毒副產物及前驅物的去除217
9.6BAC濾池對離子污染物的去除219
9.6.1硝酸鹽去除219
9.6.2溴酸鹽去除219
9.6.3高氯酸鹽去除221
9.7PAC和GAC在生物膜工藝中的集成222
9.7.1直接投加PAC至膜生物反應器222
9.7.2BAC過濾后接膜生物反應器222
9.8GAC用于地下水生物修復223
9.9BAC濾池中的生物特性223
9.9.1BAC濾池的微生物生態(tài)學223
9.9.2BAC濾池內的生物膜生長控制224
9.9.3BAC濾池內生物量和生物活性的確定224
9.9.4采用傳統(tǒng)技術和分子生物學技術測定微生物225
9.9.5出水的微生物安全性226
參考文獻227

10給水處理廠BAC濾池應用實例236
10.1BDOC和AOC作為配水管網生物再生潛能指標的限值236
10.2BAC過濾工程案例236
10.2.1德國Mülheim水廠236
10.2.2荷蘭阿姆斯特丹Leiden水廠237
10.2.3法國巴黎郊區(qū)水廠238
10.2.4加拿大魁北克Ste Rose水廠238
10.2.5瑞士Zürich-Lengg水廠239
10.2.6荷蘭阿姆斯特丹Weesperkarspel水廠239
10.2.7澳大利亞維多利亞州3座水廠241
10.3評價臭氧和BAC過濾的新方法241
10.4水源為地下水的BAC工程實例242
參考文獻243

11給水處理中的BAC過濾模型245
11.1基質去除和生物膜形成245
11.2BAC過濾模型246
11.2.1側重濾池內生物降解過程的模型247
11.2.2吸附和生物降解工藝集成模型253
11.2.3微污染物去除模型描述256
參考文獻258

12結論與展望261
12.1PACT和BAC在污水和給水處理中的應用綜述261
12.2去除機理和微污染物消除的研究前景262
12.2.1污水處理262
12.2.2給水處理264
12.3活性炭生物再生的研究前景265
12.3.1活性炭類型的重要性265
12.3.2活性炭生物再生266
12.3.3BAC物化再生267

縮略語表269

致謝274

索引275