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水源污染的日益严重及水质标准的不断提高为保障供水安全提出了挑战。生物增强活性炭深度处理工艺(Bio-Enhanced Activated Carbon Process,BEAC)因其高效性和稳定性而得到广泛应用。适用于BEAC工艺的活性炭应兼顾吸附性能和功能菌固定能力,这就要求活性炭具有更加合理的孔结构分布。但目前我国净水厂常用的活性炭以微孔型吸附炭为主,以微孔型炭构建的BEAC工艺仍存在着一些问题。微孔型炭对天然有机物的吸附效能和功能菌固定化能力有限,使得BEAC工艺的净水效能和活性炭的适用寿命得不到有效的提高。因此,开展适用于BEAC工艺的新型高效活性炭的研究对于保障供水安全具有重要的理论意义与工程应用价值。本文针对经活化前氧化与深度活化进行孔结构调整的煤质活性炭,探讨了孔结构调控对活性炭表面物化特性,吸附性能指标和功能菌固定能力的影响;优选出基于生物增强新型高效活性炭(XHIT型炭)。研究结果表明,与净水厂常用的破碎活性炭(PS)和柱状活性炭(ZJ15)相比,经孔结构调控后的XHIT型炭具有同步发达的中孔(0.7041 cm3/g)和大孔容积(0.153 cm3/g),微孔容积也达到了(0.2616 cm3/g)。孔径分布在20.4~208.2?范围内中孔(孔容积为0.6848 cm3/g)的增加提高了XHIT型炭的吸附效能,其碘吸附值(VIN)、亚甲蓝吸附值(VMB)和腐殖酸吸附值(VHA)分别达到1100 mg/g、251 mg/g和1.033mg/g。与常用活性炭PS和ZJ15相比,XHIT型炭表面的菌量经24 h循环固定后分别提高了45.84%和21.40%。通过小试试验与快速吸附试验(RSSCT)相结合的方式,以净水厂常用的PS型和ZJ15型活性炭为参照,对比研究了XHIT型炭净化松花江水源水的特性;从微孔污染物总量控制的角度,明确了生物增强活性炭生物降解与吸附发挥协同作用的量化关系。研究结果表明,采用XHIT型炭所构建的普通生物活性炭工艺(Biological Activated Carbon-BAC,标记为C-XHIT体系)及BEAC工艺(标记为B-XHIT体系)对富里酸类、腐殖酸类、芳香类、烷类、苯类及萘类等有机污染物的去除效能均优于PS型和ZJ15型活性炭。生物降解及吸附协同效能量化研究表明:XHIT型炭的通水倍数(KBV)由39.50增加至96.06m3·水/kg·炭时,B-XHIT体系内由生物降解作用贡献的CODMn累积去除量(比率)由31674.72 mg·CODMn/kg·炭(33.40%)增加至61364.53 mg·CODMn/kg·炭(47.53%)。对活性炭表面生物量及菌群结构的分析表明,XHIT型炭的表面微环境及孔结构分布特性较净水厂常用活性炭(PS和ZJ15)更加适宜优势功能菌及水源水中菌群的表面固定化及增殖。通过小试试验体系的快速穿透试验,基于CODMn穿透点和吸附性能指标的变化特性研究了XHIT型炭的使用寿命;探讨了评价炭寿命及净水效能的代表性指标。研究结果表明,小试试验体系的进水CODMn均值为3.28±0.47 mg/L时,XHIT型炭所构建的小试试验体系第二次达到CODMn穿透点(CODMn达到3.0mg/L)时,C-XHIT和B-XHIT体系累积可处理水量(2st-KBVC-3.0和2st-KBVB-3.0)分别达到75.20和96.06 m3·水/kg·炭;以CODMn表征的有机物污染物累积去除量(2st-QCC-3.0和2st-QCB-3.0)分别达到103875.2和129089.85 mg·CODMn/kg·炭。相关性分析表明,各试验体系的CODMn半数穿透点(KBVC/B-1.5)与2st-KBVC/B-3.0及2st-QCC/B-3.0之间具有良好的非线性相关性,证实了以KBVC/B-1.5作为评价不同类型活性炭使用寿命的代表性指标的合理性。研究同时证实了单纯基于性能指标国标限制值评价活性炭寿命的不足,并对主要吸附性能指标的限制值进行了修正。在对XHIT型炭特性表征、净水效能、吸附与生物降解协同效能及使用寿命分析成果的基础上,构建了基于生物增强工艺的XHIT型活性炭的综合加权评价指标体系。研究结果表明,通过对活性炭基础指标体系的完善及理想模式炭(MST)和性能指标权重(Wi)的引入,以体现不同类型活性炭孔结构分布特征及吸附性能的12项主要指标进行加权综合量化评分(CQI评分),可以明确活性炭对功能菌的固定能力和对CODMn的累积去除能力。对XHIT型炭的净水经济性指标的对比核算结果表明,XHIT型炭在吨水处理成本有所降低的同时,可提高对CODMn表征的有机物污染物的累积去除量;XHIT型炭在BAC及BEAC工艺条件下的净水性价比优于净水厂常用活性炭PS和ZJ15。综上,通过本文系统的研究了孔结构分布特性对其吸附效能及功能菌固定能力的影响;活性炭表面生物降解与吸附作用协同效能的量化关系;基于净水效能和吸附性能指标变化特性相结合的活性炭寿命评价方法;生物增强的活性炭加权综合评价指标体系。所获得的研究成果可为保障BEAC工艺的长期稳定运行提供理论依据,同时将对我国供水行业活性炭新材料的广泛应用提供理论和技术支持。