原來(lái)活性炭還能這么用！優(yōu)于活性污泥法的PACT，到底牛X在哪里？

    活性炭-活性污泥工藝（Powdered activated carbon technology），簡(jiǎn)稱(chēng)PACT工藝，最早由杜邦公司開(kāi)發(fā)。

      該工藝通過(guò)將粉末活性炭（下文簡(jiǎn)稱(chēng)PAC）加入活性污泥反應(yīng)器中，利用活性炭的吸附特性和微生物的降解能力去除難生物降解的化合物，并可以達(dá)到深度處理的效果。

粉末活性炭作為載體附著生物膜，可以維持較高的污泥濃度，使系統(tǒng)耐沖擊負(fù)荷能力大大提高。

01

PACT工藝流程及作用機(jī)理

從流程圖可以看出，該工藝實(shí)質(zhì)上是活性污泥形式的活性炭吸附生物氧化法。

將活性炭吸附與生化作用兩者的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，既解決了單獨(dú)用活性炭?jī)r(jià)格昂貴的成本問(wèn)題，也打破了單獨(dú)用生物法只適用于去除有機(jī)污染物的局限性。

如下圖所示，粉末活性炭PAC可以連續(xù)或間歇地按比例加入曝氣池，也可以與初沉池出水混合后再一同進(jìn)入生化處理系統(tǒng)。

PACT工藝流程

自PACT工藝誕生以來(lái)，關(guān)于其作用機(jī)理的討論就持續(xù)不斷，主要有2種代表性的理論：

1、吸附-降解-生物再生-再吸附，PAC和微生物協(xié)同作用去除有機(jī)物

活性炭提供的巨大表面積可以吸附水中的有機(jī)物和氧氣，微生物附著在PAC表面，分泌的胞外酶以及部分酶的活性中心可以進(jìn)入活性炭微孔中，將吸附的難降解有機(jī)物分解成小分子，使吸附位點(diǎn)再生，PAC恢復(fù)吸附功能。而分解之后的小分子有機(jī)物可以為微生物提供營(yíng)養(yǎng)和能量，提高了微生物的活性，從而更有利于有機(jī)物的去除。

值得一提的是，即使酶分子無(wú)法進(jìn)入微孔，但當(dāng)大、中孔中的有機(jī)物被降解后，由于濃度差的存在，有機(jī)物從微孔擴(kuò)散到大、中孔中，同樣可以被微生物降解。

2、微生物降解和活性炭吸附的簡(jiǎn)單疊加

不言而喻，該理論與理論1明顯相反。因?yàn)榻?jīng)過(guò)若干次吸附循環(huán)之后，活性炭逐漸飽和，吸附能力降低，有機(jī)物的去除呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這表明PAC表面已飽和，并不存在生物再生現(xiàn)象。

PACT法優(yōu)于單獨(dú)的活性污泥法。

其實(shí)，不管是理論1還是理論2，無(wú)論是否存在PAC的生物再生，PACT法都要優(yōu)于單獨(dú)的活性污泥法：

微生物氧化依賴于有機(jī)物的濃度，吸附增大了固定在炭粒表面的有機(jī)物濃度，并使反應(yīng)進(jìn)行的比較徹底；

PAC和活性污泥一起停留在曝氣池中，相當(dāng)于污泥齡的時(shí)間，難降解有機(jī)物有更多的機(jī)會(huì)被降解；

由于炭吸附難降解有機(jī)物的同時(shí)吸附了微生物，從而延長(zhǎng)了生物與有機(jī)物的接觸時(shí)間而且 PAC對(duì)細(xì)胞外酶的吸附也有利于微生物對(duì)有機(jī)物的降解。

02

PACT工藝的應(yīng)用及注意問(wèn)題

PACT法一經(jīng)產(chǎn)生就因其在經(jīng)濟(jì)和處理效率方面的優(yōu)勢(shì)，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)廢水的處理中，如煉油、石油化工、印染廢水、焦化廢水、有機(jī)化工廢水的處理。

不僅如此，PACT法用于城市污水處理可明顯改善硝化效果，要優(yōu)于活性污泥法，可以提高系統(tǒng)總的去除效率, 大大改善出水水質(zhì)。

1、PACT工藝在工業(yè)廢水上的應(yīng)用

我國(guó)主要將PACT工藝應(yīng)用于實(shí)際的工業(yè)廢水處理上。

比如利用PACT工藝處理經(jīng)過(guò)預(yù)處理的PAM生產(chǎn)廢水，可以提高氧的利用效率，改善污泥的沉降性能，對(duì)有機(jī)物的去除效果在80%以上；

某化工園區(qū)采用PAC強(qiáng)化活性污泥的方法處理“三高”難降解的綜合化工廢水，對(duì)COD的去除效果提高了近一倍，色度去除率達(dá)到60-70%；

采用A2/O(PACT)工藝處理水解酸化后的印染廢水，可有效提升了系統(tǒng)的冬季運(yùn)行效果，對(duì)苯環(huán)類(lèi)、稠環(huán)類(lèi)、雜環(huán)類(lèi)等特征有機(jī)污染物的處理效果的強(qiáng)化，對(duì)大分子物質(zhì)的去除有較為明顯的促進(jìn)效果； 

再比如，國(guó)內(nèi)某制藥公司利用PACT工藝處理含有苯并噻唑的制藥廢水，與未投加活性炭的活性污泥法相比，PACT工藝對(duì)TOC和COD的去除率分別由54.8%和45.6%提高到86.13%和76.34%。提高了系統(tǒng)對(duì)于沖擊負(fù)荷的耐受能力，并對(duì)系統(tǒng)中的苯并噻唑降解菌有篩選作用。

2、應(yīng)用PACT工藝應(yīng)注意的問(wèn)題：

(1) 選擇污泥處置設(shè)備材料時(shí)要加以考慮。PACT將粉末活性炭投加于活性污泥曝氣池，其排出的剩余污泥為PAC—生物污泥，具有磨損性，對(duì)泵體、池體、二沉池刮泥機(jī)械以及污泥處置設(shè)備都有較高的耐磨要求。

(2) 由于該工藝產(chǎn)生的污泥密度較高，所以二沉池刮泥機(jī)械以及污泥處置設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)要采用較高的扭力矩極限值。

(3) 當(dāng)投炭量較大時(shí)，出水中含有較高的PAC顆粒，為改善這種情況，建議最好采用SBR系統(tǒng)或者加一個(gè)三級(jí)濾池，也可以用一個(gè)膜分離單元代替二沉池。

(4) PACT系統(tǒng)中PAC的吸附容量與通過(guò)間歇等溫吸附試驗(yàn)所預(yù)測(cè)的數(shù)值有所不同，應(yīng)進(jìn)行連續(xù)流處理試驗(yàn)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)用于設(shè)計(jì)。 

(5) 因?yàn)镻AC的吸附能力很強(qiáng)，如直接暴露于空氣中則極易吸附周?chē)h(huán)境中的物質(zhì)，使吸附位被占PAC失效，所以在生產(chǎn)或試驗(yàn)中一定要注意密閉保存。

03

PACT工藝的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)

1、提高系統(tǒng)對(duì)總氮的去除效果

在水處理過(guò)程中，硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌可以將水中的氨氮氧化為硝態(tài)氮，再在反硝化細(xì)菌的作用下，利用碳源提供的能量，將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，從而?shí)現(xiàn)污水中氮的脫除。

活性炭通過(guò)吸附水中對(duì)硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的抑制物質(zhì)，使得微生物的活性增強(qiáng)，污泥濃度提高，進(jìn)而提高總氮的去除效果。

2、改善污泥沉降性能和脫水性能，提高污泥濃度

活性炭投加到污泥系統(tǒng)中，作為微生物的載體，有利于絮凝體的形成和微生物的繁殖?；钚蕴康奈阶饔?，可使得絮凝體與有機(jī)物結(jié)合的更加緊密，污泥的密度增加，沉降性能和脫水性能變好。

3、提高難生物降解的有機(jī)化合物的去除率

在活性污泥法中，污染物與微生物的接觸時(shí)間就是水力停留時(shí)間，之后污染物便被排出系統(tǒng)。

而在PACT工藝中，被活性炭吸附的有機(jī)物能夠隨著污泥不斷在生物池和沉淀池中循環(huán)，這些有機(jī)物與微生物的接觸時(shí)間與污泥齡相當(dāng)，使一些接觸較長(zhǎng)時(shí)間才能被生物降解的難降解有機(jī)物得到去除。

4、改善沖擊載荷下的工藝穩(wěn)定性

活性炭對(duì)某種物質(zhì)的吸附能力與該物質(zhì)在水中的濃度密切相關(guān)。

當(dāng)污染物濃度高時(shí)，活性炭增加對(duì)污染物的吸附量，降低水中的污染物濃度；當(dāng)污染物濃度低時(shí)，活性炭將吸附的污染物通過(guò)解吸作用釋放到廢水中，提高水中的污染物濃度。

因此，活性炭在系統(tǒng)中可以起到調(diào)節(jié)污染物濃度的作用，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。特別是對(duì)于一些不耐沖擊負(fù)荷的微生物能起到很好的保護(hù)作用。由于抗沖擊負(fù)荷能力的增強(qiáng)，對(duì)于污泥生物相的馴化也起到了有利的作用。

5、改善色度的去除，消除發(fā)臭、發(fā)泡現(xiàn)象

煤化工廢水中的色度、臭味、泡沫等現(xiàn)象是由于氮雜環(huán)、酚類(lèi)化合物、苯系物等有機(jī)物被氧化引起的?；钚蕴靠梢赃x擇性的吸附這些有機(jī)物，因此可以改善色度的去除，消除發(fā)臭、發(fā)泡現(xiàn)象。

當(dāng)然，PACT工藝也存在一些客觀上的缺點(diǎn)，比如吸附飽和的活性炭與污泥一同排往污泥處理設(shè)施，會(huì)增加污泥的處理負(fù)荷；同時(shí)，活性炭隨污泥排放，也會(huì)造成資源的浪費(fèi)。

值得一提的是，現(xiàn)階段活性炭的再生技術(shù)可以將剩余污泥中的活性炭進(jìn)行再生，使活性炭恢復(fù)吸附能力。與PACT工藝聯(lián)用，可以實(shí)現(xiàn)污泥的資源化，具有很大的發(fā)展前景。