摘要：随着水源污染的加剧以及人们对饮用水水质要求的不断提高，传统饮用水处理工艺已难以满足需求，饮用水深度处理技术愈发重要。生物活性炭技术结合了活性炭的吸附作用与微生物的降解作用，能够有效去除饮用水中的有机污染物、氨氮及消毒副产物前体物等。本文系统研究基于生物活性炭技术的饮用水深度处理工艺，分析其作用原理、工艺参数优化及运行效果，并通过实验研究验证该工艺的可行性与有效性。研究结果表明，生物活性炭技术在饮用水深度处理中具有显著优势，能够提升饮用水水质，为保障居民饮用水安全提供技术支持。

关键词：生物活性炭技术；饮用水深度处理；有机污染物；氨氮；水质提升

一、引言

饮用水安全直接关系到居民的身体健康和生活质量。近年来，随着工业废水、生活污水的排放以及农业面源污染等问题的加剧，水源水中的有机污染物、氨氮、重金属等有害物质含量不断增加 。传统的饮用水处理工艺（如混凝、沉淀、过滤、消毒）主要针对水中的悬浮物、胶体和细菌等常规污染物，对于微量有机污染物、氨氮以及消毒副产物前体物的去除效果有限。而生物活性炭技术作为一种高效的饮用水深度处理技术，能够充分发挥活性炭的吸附性能和微生物的降解能力，实现对多种污染物的协同去除，在保障饮用水安全方面具有重要意义。因此，开展基于生物活性炭技术的饮用水深度处理工艺研究，对提高饮用水水质、保障居民健康具有迫切的现实需求。

二、生物活性炭技术原理

（一）活性炭吸附

活性炭具有大比表面积和多孔结构，有效去除水中有机物、色素和异味。物理吸附依赖范德华力，适合小分子有机物；化学吸附通过表面官能团与污染物反应，选择性吸附特定物质。

（二）微生物降解

生物活性炭系统中，活性炭表面形成生物膜，微生物利用污染物进行代谢，转化为无害物质。降解作用延长活性炭吸附周期，提升去除效率。不同微生物如硝化细菌和异养微生物在降解过程中起不同作用。

（三）协同作用

生物活性炭技术中，活性炭吸附和微生物降解相互协同。活性炭快速去除污染物，为微生物生长提供环境；微生物降解后，活性炭吸附位点再生，持续高效净化水质。

三、基于生物活性炭技术的饮用水深度处理工艺设计

（一）工艺参数优化

活性炭的选择：活性炭的性能对生物活性炭工艺的处理效果影响显著。应选择比表面积大、孔隙发达、机械强度高的活性炭。例如，木质活性炭和煤质活性炭是常用的类型，其中椰壳活性炭具有比表面积大、吸附性能好的特点，适用于对有机污染物去除要求较高的场景；煤质活性炭价格相对较低，在处理规模较大的水厂中应用广泛 。

（二）生物活性炭池的设计参数

空床接触时间（EBCT）：空床接触时间是指水在生物活性炭池中的停留时间，一般取值为 15 - 30 分钟。EBCT 越长，污染物与活性炭和微生物的接触越充分，处理效果越好，但会增加设备投资和占地面积。

滤速：滤速通常控制在 5 - 12 ＼（m/h＼） ，滤速过快会导致污染物去除不充分，滤速过慢则会降低处理效率。

温度：微生物的生长和代谢活动受温度影响较大，生物活性炭工艺的适宜运行温度为 15 - 30℃ 。在低温条件下，微生物活性降低，处理效果会受到一定影响。

进水水质要求：为保证生物活性炭工艺的正常运行，进水需经过良好的预处理，去除悬浮物、胶体等杂质，使进水的浊度小于 1 NTU，以避免活性炭孔隙堵塞，影响吸附和生物降解效果。

四、实验研究与结果分析

（一）实验装置与方法

搭建小型生物活性炭饮用水深度处理实验装置，装置由原水箱、蠕动泵、混凝沉淀单元、砂滤单元、生物活性炭吸附池和消毒单元组成。生物活性炭吸附池采用圆柱形有机玻璃材质，内置颗粒活性炭，活性炭粒径为 1 - 2 mm 。实验用水取自某受污染的地表水源，水质指标为：CODMn 5 - 8 mg/L，氨氮 1 - 2 mg/L，浊度 5 - 10 NTU 。实验过程中，定期采集进水、生物活性炭池出水和最终出水水样，分析 CODMn、氨氮、浊度等水质指标。

（二）实验结果

有机污染物去除效果：实验结果表明，生物活性炭工艺对有机污染物具有良好的去除效果。进水 CODMn平均值为 6.5 mg/L，经过生物活性炭处理后，出水 CODMn平均值降至 1.8 mg/L，去除率达到 72.3% 。随着运行时间的延长，微生物逐渐适应水质条件，对有机污染物的降解能力增强，处理效果进一步提高。

氨氮去除效果：生物活性炭工艺对氨氮的去除效果显著。进水氨氮平均值为 1.5 mg/L，出水氨氮平均值降至 0.2 mg/L，去除率高达 86.7% 。这主要是由于生物活性炭表面的硝化细菌将氨氮氧化为硝酸盐氮，实现了氨氮的有效去除。

浊度去除效果：经过混凝沉淀和砂滤预处理后，进水浊度已大幅降低，生物活性炭工艺对浊度的进一步去除作用相对较小。进水浊度平均值为 3.2 NTU，出水浊度平均值降至 0.8 NTU ，满足饮用水浊度要求。

（三）结果分析

生物活性炭工艺能够有效去除饮用水中的有机污染物和氨氮，主要得益于活性炭的吸附作用和微生物的降解作用的协同效应。活性炭首先吸附水中的污染物，为微生物提供富集环境，微生物随后对吸附的污染物进行降解，实现污染物的去除和活性炭的再生。同时，生物活性炭工艺对浊度也有一定的去除能力，能够进一步提升出水水质。

五、生物活性炭技术应用中的问题与优化方向

（一）存在的问题

微生物过度生长可能导致活性炭孔隙堵塞，增加水流阻力，影响处理效果。微生物群落结构不合理可能导致污染物去除不彻底。活性炭吸附性能随时间下降，需再生或更换，再生过程复杂且成本高。生物活性炭工艺运行管理难度大，需严格控制多个参数。

（二）优化方向

微生物调控技术：通过优化进水水质、控制溶解氧浓度和添加微生物生长调节剂等方式，调控微生物的生长和群落结构，确保微生物在生物活性炭工艺中发挥最佳作用。例如，适当提高进水的碳氮比，有利于微生物的生长和代谢；定期监测微生物群落结构，及时调整运行参数，保证污染物的有效去除。

活性炭再生技术改进：研究开发高效、低成本的活性炭再生技术，如微波再生、电化学再生等，提高活性炭的再生效率，降低再生成本。同时，探索新型活性炭材料，提高活性炭的吸附性能和使用寿命。

智能化运行管理：引入物联网、大数据等技术，实现对生物活性炭工艺运行参数的实时监测和智能调控。通过建立数学模型，预测工艺运行趋势，及时发现和解决问题，提高运行管理的科学性和效率。

六、结论

基于生物活性炭技术的饮用水深度处理工艺能够充分发挥活性炭的吸附作用和微生物的降解作用，实现对有机污染物、氨氮等多种污染物的有效去除，显著提升饮用水水质。本文通过对生物活性炭技术原理、工艺设计、实验研究的分析，验证了该工艺的可行性和有效性。未来，随着相关技术的不断发展和完善，生物活性炭技术将在饮用水深度处理领域发挥更加重要的作用，为保障居民饮用水安全提供有力的技术支持。

参考文献

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