無煙煤濾料生物膜的形成

　　生物膜是20世紀70年代開發的新技術，是在無煙煤濾料吸附水中有機物的同時，又允分利用無煙煤濾料床中生長的微生物對水中有機物的生物降解作用，來延長無煙煤濾料使用壽命，提高水中有機物去除效果，改善出水水質，并能處理那些單純用生化處理或單純用活性炭吸附處理不能去除的有機物質。

　　在廢水的生化處理中常見的生物膜技術(生物濾池或生物轉盤)，是利用細菌喜歡在固體或支持載體表面生長繁殖的特點，在濾床的濾料或轉盤盤片表面形成生物膜，依靠生物膜中微生物的生物化學作用，將水中有機物質吸收并氧化，從而降低水中有機物含量。無煙煤濾料床中粒狀炭濾料也是一種固體表面，微生物也會附著在其表面，形成生物膜。由于顆粒無煙煤濾料表面粗糙、吸附能力強，相比于其他材料細菌更容易附著其上進行繁殖。

　　有研究指出，顆粒活性炭表面的生物膜中優勢菌種是假單胞菌屬，此外還有黃桿菌屬、芽孢菌屬、節桿菌屬，產堿菌屬、不動桿菌屬、氣單胞菌屬等，由于這些微生物體積較大，它們分布在活性炭顆粒表面及與表面毗鄰的大孔中，至于活性炭中孔和微孔基本不進入。微生物的存在，使活性炭在吸附水中有機物的同時又發生生物化學作用，這些作用可分為兩個方面：

　　(1)無煙煤濾料表面發生對有機物的富集和活性炭對水中溶解氧的吸附，在無煙煤濾料表面形成一個十分有利于微生物繁殖生長的環境。

　　由于天然水中有機物濃度低，而且BOD5/COD比值小，不利于生物繁殖，但是活性炭吸附有機物后，使活性炭表面及內部有機物濃度大大高于水中原有濃度，再加上活性炭對水中溶解氧吸附作用，就使得活性炭表面形成非常有利生物活動的環境，增進了生物的代謝活功，其結果是在活性炭表面形成可靠的生物膜，起到降解水中有機物、減輕活性炭的負擔及延長活性炭使用壽命的作用。

　　(2)微生物對吸附有機物的活性炭起再生作用。

　　生物膜中微生物在生物活動過程中會產生酶，酶具有氧化還原、水解、轉換、異構、裂合、合成等作用，細胞內的酶會通過某些細胞生長現象(如細胞自溶、破裂等)進入水中，即胞內酶變成胞外酶，這種酶直徑在幾納米數量級，比細菌直徑(如球茵為500-2000nm)小得多。細菌不能進入活性炭中孔而酶可以進入，這樣，活性炭中孔、大孔中吸附的有機物可以被酶降解，然后被微生物攫取利用。隨著大孔、中孔中有機物吸附質濃度降低，而微孔中有機物吸附質濃度相對較高，會發生逆向擴散至中孔、大孔，這個過程不斷進行，直至平衡。這個過程，實際上就是吸附有機物的活性炭再生過程。當然，很難達到完全再生的程度，一般只是部分再生。

　　無煙煤濾料表面生物膜這兩方面作用的結果是延長了活性炭使用壽命，改善了出水水質，這就是生物活性炭。無煙煤濾料表面生物膜的形成一般采用自然掛膜方式、由于是自然形成，所以時間較長，而且受溫度、水質等影響，常溫下掛膜約3-5周，要求水溫在20-35℃之間，若水溫下降(不能低于10--13℃)，則所需時間更長，要求的pH最好在6.5--7.5之間(大多數微生物適宜范圍為9-10)，而且要求水的濁度要低，溶氧要高。一旦形成生物膜就可以起到很好的作用。生物膜在運行過程中也會代謝、死亡、脫落，會使出水的濁度上升，并帶有一些微生物，但這些微生物基本上都不是致病菌屬。目前工業上，生物活性炭技術多為臭氧活性炭聯用。典型的系統示于圖4-29。該系統中，在活性炭濾床前加入臭氧可以將水中大分子有機物氧化成小分子有機物，使原來不可以被生物降解的有機物轉變為可以被生物降解的有機物，有利于微生物代謝，也有利于活性炭吸附;臭氧還可增加水的含氧量，更有利于生物活動。所以，該系統將活性炭物理吸附水中有機物、臭氧氧化水中有機物、生物降解水中有機物三者結合起來。