粉末活性炭-活性污泥工藝（Powdered activated carbon technology），簡(jiǎn)稱PACT工藝。該工藝通過(guò)將粉末活性炭（下文簡(jiǎn)稱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

圖1所示為一般PACT的工藝流程圖，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)，在爆氣池中吸附與生物降解同時(shí)進(jìn)行。

圖1 PACT工藝流程

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。

關(guān)于PACT作用機(jī)理，因其牽涉到復(fù)雜的吸附與生物降解同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程，目前主要有兩種代表性的理論：

1、吸附-降解-生物再生-再吸附，PAC和微生物互相加強(qiáng)作用

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

該理論與理論1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。

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。

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、稠環(huán)類、雜環(huán)類等特征有機(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)?/span>PAC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工藝的特點(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阶饔茫墒沟眯跄w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。