吸附生化耦合水處理技術：原理與應用（簡體書）

本書共十二章，內容包括水和廢水處理：活性炭吸附歷史回顧及其與生物工藝的耦合，水和廢水處理中活性炭吸附基礎，活性炭吸附與生化降解耦合廢水處理工藝，活性炭對特殊污染物和廢水的生物處理:小試和中試研究，活性炭吸附耦合生化處理工程案例，吸附生物降解耦合工藝汙水處理模型，生物處理工藝中活性炭生物再生，給水處理中活性炭吸附生物降解耦合技術，BAC過濾對NOM、營養元素和微污染物的去除，給水處理廠BAC濾池應用實例，給水處理中的BAC過濾模型，結論與展望。
本書具有較強的技術性和可操作性，可供從事給水處理、汙水處理等工程技術人員和科研人員參考，也可供高等學校環境工程、市政工程及相關專業師生參閱。

曹效鑫，中國水環境集團有限公司，高級工程師，高級經理，長期從事環境技術的研發和產業化工作，先後參與、主持了自然科學基金、國家863計劃項目、北京市重大科技項目等多項水污染治理及環境管理的重要課題以及包括大唐集團克旗煤制天然氣在內的大型廢水處理工程項目。參與編寫論著1部，在國內外期刊上發表論文20餘篇，2009年獲得ES&T論文獎；獲授權專利10余項，對外專利許可2項，相關成果為企業創造產值上億元。

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活性炭在汙水處理中的應用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活性炭製備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顆粒活性炭（GAC）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工業廢水的處理69

4.1.1製藥廢水的處理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其他工業廢水的處理72

4.2特殊化合物的去除75

4.2.1揮發性有機物（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殺蟲劑和多氯聯苯（PCBs）的去除79

4.2.5優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處理工業廢水95

5.1.2PACT處理生活與工業混合廢水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回用於農業灌溉103

5.2.2回用於飲用104

5.2.3回用於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汙水處理模型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基於濃度梯度的生物再生139

7.1.2基於胞外酶反應的生物再生140

7.1.3基於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單組分系統生物再生模型160

7.8.3多組分系統生物再生模型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採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過濾後接膜生物反應器222

9.8GAC用於地下水生物修復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採用傳統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汙水處理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