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，對餐飲廢水的處理主要采用的方法包括物理法、物理化學(xué)法、傳統(tǒng)生物法和電化學(xué)法等。物理法只能除去水中的油脂，對其他有機(jī)物的去除效果并不理想；物理化學(xué)法，尤其是混凝法處理餐飲廢水，工程占地面積小，投資少，受氣溫影響小，但采用混凝會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，造成二次污染；傳統(tǒng)的生物處理方法運(yùn)行比較穩(wěn)定，處理效果好，但占地面積大、停留時(shí)間長，同時(shí)也存在著污泥的二次污染問題；電化學(xué)法耗電量大，只適合在電量充足、電費(fèi)便宜的地方使用。因此，應(yīng)找到一種占地面積小、投資少、污染小和運(yùn)行費(fèi)用低的方法處理餐飲廢水。 
筆者采用固定化生物活性炭技術(shù)處理餐飲廢水，是近年發(fā)展起來的新技術(shù)，具有占地面積小、投資少、污染小、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果好和可連續(xù)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，有較好的應(yīng)用前景。 
1 實(shí)驗(yàn)部分 
1.1 實(shí)驗(yàn)原理 
活性炭的比表面積大、孔隙率高，所以具有良好的吸附性能，而且化學(xué)穩(wěn)定性好，是一種多孔性的疏水性吸附劑。但是，在用活性炭處理廢水時(shí)，活性炭的使用壽命短，再生困難，為了解決這個(gè)問題，近年來發(fā)展出了一種新技術(shù)——生物活性炭技術(shù)。這種技術(shù)嘗試在活性炭的表面培養(yǎng)微生物并使其呈膜狀附著于活性炭的表面。通過活性炭表面的微生物對廢水中的有機(jī)物的氧化分解和微生物自身的新陳代謝作用，使得廢水中的有機(jī)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，同時(shí)又利用了微生物的降解作用，其處理效果比用普通活性炭的處理效果好得多。生物活性炭處理技術(shù)的優(yōu)勢就在于微生物的降解作用使活性炭吸附的有機(jī)物被去除,將活性炭內(nèi)這部分物質(zhì)所占有的吸附位重新空出來，從而長時(shí)間地保持活性炭的吸附能力，這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時(shí)存在，因此活性炭的生物再生作用既可以在連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行，又可以在其飽和后單獨(dú)進(jìn)行，從而大大延長了活性炭的使用壽命,保證了系統(tǒng)對COD始終具有很高的去除率。 
生物活性炭主要有粒狀生物活性炭（BAC）和生物活性炭纖維（BACF）兩種形式。當(dāng)用粒狀生物活性炭處理廢水時(shí)，由于微生物降解和活性炭吸附的協(xié)同效應(yīng)，不僅提高了活性炭的吸附容量，延長了其使用壽命，而且還提高了去除有機(jī)物的能力。但是顆?；钚蕴康臋C(jī)械強(qiáng)度有限，使用中易產(chǎn)生細(xì)小顆?；蚍勰?。而活性炭纖維是以有機(jī)纖維為原料，經(jīng)高溫炭化和活化而得到，它具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的吸附性能、較高的機(jī)械強(qiáng)度和良好的生物相容性，更易于微生物的固著[2]。 
1.2 水樣預(yù)處理 
本研究針對餐飲廢水水質(zhì)特點(diǎn)，提出物化法與生物法相結(jié)合的工藝，流程如下：餐飲廢水經(jīng)過砂濾后在中間水池中進(jìn)行曝氣，將曝氣后的水樣分別通過固定微生物的粒狀活性炭（IBAC）及固定化生物活性炭纖維柱（IBACF），測定出水指標(biāo)。試驗(yàn)用水取自渤海大學(xué)二食堂，廢水在經(jīng)過物化預(yù)處理工藝之后進(jìn)入固定化生物活性炭裝置,預(yù)處理的實(shí)驗(yàn)條件為：石英砂濾柱高40 cm，內(nèi)徑50 mm，濾層厚度30 cm，承托層厚5 cm；濾速45 mL/min。經(jīng)過長期監(jiān)測，所得的餐飲廢水水質(zhì)見表1。表1 餐飲廢水水質(zhì) 

1.3 微生物的固定化方法 
固定化生物活性炭是以活性炭為載體，人為采用吸附載體法將工程菌吸附在活性炭表面形成生物膜，通過工程菌的生物降解作用和活性炭纖維的物理吸附作用對污染物進(jìn)行去除.而工程菌是經(jīng)過針對性篩選、馴化得到活性極高的微生物。 
采用平板培養(yǎng)-斜面培養(yǎng)-搖床培養(yǎng)的方式，培養(yǎng)出的優(yōu)勢菌種為假單胞菌種、芽孢菌種、莢膜菌種、桿菌、球菌。采用由富營養(yǎng)到貧營養(yǎng)再到富營養(yǎng)的方法，提高微生物對廢水的耐受力和其降解廢水的能力，完成微生物的馴化。將混合均勻的含有微生物的廢水水樣，接入活性炭柱，以10 mL/min的流速進(jìn)行出水回流，每回流兩小時(shí)停止1 h，共回流5次。經(jīng)活性炭的物理吸附作用固定微生物，穩(wěn)定后即可投入實(shí)驗(yàn)運(yùn)行。 
2 結(jié)果與討論 
2.1 連續(xù)運(yùn)行時(shí)對COD的去除效果 
對COD測定的結(jié)果如圖1、圖2所示。整個(gè)階段進(jìn)水COD為200～1 700 mg/L，平均為942 mg/L；經(jīng)系統(tǒng)處理之后，砂濾－IBACF出水COD為39.5～333 mg/L，平均為150 mg/L，總體去除率為74%～93%，平均為83%；砂濾－IBAC出水COD為80～491 mg/L，平均為224 mg/L，總體去除率為55%～88%，平均為76%，總體趨勢隨進(jìn)水COD而變化。由圖可以看出，系統(tǒng)很快達(dá)到了生物穩(wěn)定狀態(tài)，出水始終保持在一個(gè)比較穩(wěn)定的水平。這主要是由于在試驗(yàn)之前，對優(yōu)勢工程菌種進(jìn)行篩選、馴化，然后人工投加到活性炭上，對活性炭進(jìn)行固定化，由于優(yōu)勢工程菌種有很高的活性和選擇性，能較快地適應(yīng)環(huán)境，試驗(yàn)開始后，在較短的時(shí)間內(nèi)，固定化后的活性炭就能同時(shí)進(jìn)行物理吸附和生物降解作用，進(jìn)入生物活性炭的穩(wěn)定期。由于活性炭纖維的比表面積要大于粒狀活性炭的比表面積，因此處理效果纖維炭要好一些。 圖6 系統(tǒng)對UV254的去除率 
由圖5、圖6可以看出，整個(gè)階段進(jìn)水UV254為3.442～0.498，平均為1.72；經(jīng)系統(tǒng)處理之后，砂濾－IBACF出水UV254為0.17～1.377，平均為0.567，總體去除率為38%～86%，平均為68%；砂濾－IBAC出水UV254為0.215～1.699，平均為0.742，總體去除率為27%～81%，平均為57%。由圖5、圖6還可以看出，對于UV254的去除波動(dòng)較大，這一方面與進(jìn)水水質(zhì)有關(guān)，一方面是由于炭柱的物理吸附和生物降解共同作用所致。開始時(shí)，由于活性炭對有機(jī)物吸附速率較快，而炭上生物量較少，因而活性炭的物理吸附起主要作用，脫除率高；經(jīng)過一段時(shí)間后，隨著活性炭上吸附的物質(zhì)累積量增多以及微生物的生長占據(jù)了活性炭的吸附位，吸附速率開始下降，致使去除率有所降低，但隨著炭上吸附和生長的異養(yǎng)菌微生物的增加，生物降解開始發(fā)揮作用，使去除率經(jīng)短時(shí)間的降低后，又有所提高并趨于穩(wěn)定。處理效果同樣是活性碳纖維要優(yōu)于粒狀炭。 
2.4 運(yùn)行穩(wěn)定后生物活性炭纖維柱中的生物相 
試驗(yàn)期間不定期地對生物活性炭纖維柱中的生物相進(jìn)行了觀察，以便隨時(shí)了解生物活性炭纖維柱的運(yùn)行狀況。生物活性炭纖維柱生物膜形成穩(wěn)定后，對其生物相進(jìn)行了觀測。生物相的觀察采用10×10低倍光學(xué)顯微鏡。觀測前，先將柱中炭樣取出置于燒杯，用少許蒸餾水沖洗，然后攪拌，最后取出水樣進(jìn)行觀測。鏡檢中觀測到了累枝蟲、鐘蟲、漫游蟲、線蟲等原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，這說明活性炭生物膜內(nèi)生物相比較多，出現(xiàn)原生動(dòng)物和后生動(dòng)物也是水質(zhì)好的標(biāo)志。3 結(jié) 論 
（1）采用砂濾－固定化生物活性炭技術(shù)處理餐飲廢水是可行的。該工藝對廢水中的濁度、COD和UV254均有很好的去除作用，出水水質(zhì)比較穩(wěn)定。通過對活性炭進(jìn)行生物掛膜和微生物的馴化之后，能在保證活性炭原有的吸附性能之外，很有效地解決活性炭的生物再生問題，大大延長了其使用周期，節(jié)省了運(yùn)行處理費(fèi)用。 
（2）IBACF與IBAC相比在吸附容量上具有優(yōu)勢，這使得污染物能被進(jìn)一步去除，而且設(shè)備裝置可以更小型化，節(jié)省投資。隨著將來ACF規(guī)模生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，ACF價(jià)格的降低,這一優(yōu)勢將更為突出。因此，很有必要深入研究ACF的吸附性能及機(jī)理。 
參考文獻(xiàn) 
[1] 周娟娟，胡中華.活性炭纖維的微生物固定方法研究[J].中國給水排水，2005，21(1)：45-48. 
[2] 唐登勇，鄭正，蘇東輝，等.活性炭纖維在水處理中的應(yīng)用研究新進(jìn)展[J].工業(yè)用水與廢水，2003，34（4）：1-4.