PACT粉末活性炭-活性污泥工艺

日期：2022-4-19　　来源：易炭网　　作者：-

　　粉末活性炭-活性污泥工艺（Powdered activated carbon technology），简称PACT工艺，是由杜邦(Du Pont)公司开发的一种向活性污泥系统中投加粉末活性炭的技术。
　　该工艺通过将粉末活性炭（下文简称PAC）加入活性污泥反应器中，利用活性炭的吸附特性和微生物的降解能力，去除难生物降解的化合物，并可以达到深度处理的效果。
　　粉末活性炭作为载体附着生物膜，可以维持较高的污泥浓度，使系统耐冲击负荷能力大大提高。

01
PACT工艺流程及作用机理

图1所示为一般PACT的工艺流程图，PAC可以连续或间歇地按比例加入曝气池，也可以与初沉池出水混合后再一同进入生化处理系统，在爆气池中吸附与生物降解同时进行。

图1 PACT工艺流程

　　该工艺实质上是活性污泥形式的活性炭吸附生物氧化法。将活性炭吸附与生化作用两者的优点相结合，既解决了单独用活性炭价格昂贵的成本问题，也打破了单独用生物法只适用于去除有机污染物的局限性。

　　关于PACT作用机理，因其牵涉到复杂的吸附与生物降解同时进行的过程，目前主要有两种代表性的理论：
　　1、吸附-降解-生物再生-再吸附，PAC和微生物互相加强作用
　　活性炭提供的巨大表面积可以吸附水中的有机物和氧气，微生物附着在PAC表面，分泌的胞外酶以及部分酶的活性中心可以进入活性炭微孔中，将吸附的难降解有机物分解成小分子，使吸附位点再生，PAC恢复吸附功能。而分解之后的小分子有机物可以为微生物提供营养和能量，提高了微生物的活性，从而更有利于有机物的去除。
值得一提的是，即使酶分子无法进入微孔，但当大、中孔中的有机物被降解后，由于浓度差的存在，有机物从微孔扩散到大、中孔中，同样可以被微生物降解。
　　2、微生物降解和活性炭吸附的简单叠加
　　该理论与理论1相反。因为经过若干次吸附循环之后，活性炭逐渐饱和，吸附能力降低，有机物的去除呈现下降趋势，这表明PAC表面已饱和，并不存在生物再生现象。
　　其实，不管是理论1还是理论2，无论是否存在PAC的生物再生，PACT法都要优于单独的活性污泥法：
微生物氧化依赖于有机物的浓度，吸附增大了固定在炭粒表面的有机物浓度，并使反应进行的比较彻底；

　　PAC和活性污泥一起停留在曝气池中，相当于污泥龄的时间，难降解有机物有更多的机会被降解；

　　由于炭吸附难降解有机物的同时吸附了微生物，从而延长了生物与有机物的接触时间而且 PAC对细胞外酶的吸附也有利于微生物对有机物的降解。

02
PACT工艺的应用及注意问题

　　PACT法一经产生就因其在经济和处理效率方面的优势，广泛地应用于工业废水的处理中，如炼油、石油化工、印染废水、焦化废水、有机化工废水的处理。

　　不仅如此，PACT法用于城市污水处理可明显改善硝化效果，要优于活性污泥法，可以提高系统总的去除效率, 大大改善出水水质。
　　1、PACT工艺在工业废水上的应用
　　我国主要将PACT工艺应用于实际的工业废水处理上。

　　比如利用PACT工艺处理经过预处理的PAM生产废水，可以提高氧的利用效率，改善污泥的沉降性能，对有机物的去除效果在80%以上；
某化工园区采用PAC强化活性污泥的方法处理“三高”难降解的综合化工废水，对COD的去除效果提高了近一倍，色度去除率达到60-70%；
采用A2/O(PACT)工艺处理水解酸化后的印染废水，可有效提升了系统的冬季运行效果，对苯环类、稠环类、杂环类等特征有机污染物的处理效果的强化，对大分子物质的去除有较为明显的促进效果；
　　再比如，国内某制药公司利用PACT工艺处理含有苯并噻唑的制药废水，与未投加活性炭的活性污泥法相比，PACT工艺对TOC和COD的去除率分别由54.8%和45.6%提高到86.13%和76.34%。提高了系统对于冲击负荷的耐受能力，并对系统中的苯并噻唑降解菌有筛选作用。
　　2、应用PACT工艺应注意的问题：

　　(1) 选择污泥处置设备材料时要加以考虑。PACT将粉末活性炭投加于活性污泥曝气池，其排出的剩余污泥为PAC—生物污泥，具有磨损性，对泵体、池体、二沉池刮泥机械以及污泥处置设备都有较高的耐磨要求。
　　(2) 由于该工艺产生的污泥密度较高，所以二沉池刮泥机械以及污泥处置设备设计时要采用较高的扭力矩极限值。
　　(3) 当投炭量较大时，出水中含有较高的PAC颗粒，为改善这种情况，建议最好采用SBR系统或者加一个三级滤池，也可以用一个膜分离单元代替二沉池。
　　(4) PACT系统中PAC的吸附容量与通过间歇等温吸附试验所预测的数值有所不同，应进行连续流处理试验获得相关数据用于设计。
　　(5) 因为PAC的吸附能力很强，如直接暴露于空气中则极易吸附周围环境中的物质，使吸附位被占PAC失效，所以在生产或试验中一定要注意密闭保存。

03
PACT工艺的特点

1、提高系统对总氮的去除效果
　　 在水处理过程中，硝化细菌和亚硝化细菌可以将水中的氨氮氧化为硝态氮，再在反硝化细菌的作用下，利用碳源提供的能量，将硝态氮转化为氮气，从而实现污水中氮的脱除。
活性炭通过吸附水中对硝化细菌和反硝化细菌的抑制物质，使得微生物的活性增强，污泥浓度提高，进而提高总氮的去除效果。
2、改善污泥沉降性能和脱水性能，提高污泥浓度
　　活性炭投加到污泥系统中，作为微生物的载体，有利于絮凝体的形成和微生物的繁殖。活性炭的吸附作用，可使得絮凝体与有机物结合的更加紧密，污泥的密度增加，沉降性能和脱水性能变好。
3、提高难生物降解的有机化合物的去除率
　　在活性污泥法中，污染物与微生物的接触时间就是水力停留时间，之后污染物便被排出系统。
　　而在PACT工艺中，被活性炭吸附的有机物能够随着污泥不断在生物池和沉淀池中循环，这些有机物与微生物的接触时间与污泥龄相当，使一些接触较长时间才能被生物降解的难降解有机物得到去除。
4、改善冲击载荷下的工艺稳定性
　　活性炭对某种物质的吸附能力与该物质在水中的浓度密切相关。
　　当污染物浓度高时，活性炭增加对污染物的吸附量，降低水中的污染物浓度；当污染物浓度低时，活性炭将吸附的污染物通过解吸作用释放到废水中，提高水中的污染物浓度。
　　因此，活性炭在系统中可以起到调节污染物浓度的作用，增强了系统的稳定性。特别是对于一些不耐冲击负荷的微生物能起到很好的保护作用。由于抗冲击负荷能力的增强，对于污泥生物相的驯化也起到了有利的作用。
5、改善色度的去除，消除发臭、发泡现象
　　煤化工废水中的色度、臭味、泡沫等现象是由于氮杂环、酚类化合物、苯系物等有机物被氧化引起的。活性炭可以选择性的吸附这些有机物，因此可以改善色度的去除，消除发臭、发泡现象。
　　当然，PACT工艺也存在一些客观上的缺点，比如吸附饱和的活性炭与污泥一同排往污泥处理设施，会增加污泥的处理负荷；同时，活性炭随污泥排放，也会造成资源的浪费。
　　值得一提的是，现阶段活性炭的再生技术可以将剩余污泥中的活性炭进行再生，使活性炭恢复吸附能力。与PACT工艺联用，可以实现污泥的资源化，具有很大的发展前景。