随着近代石油的大规模勘探、开采和汽油的广泛使用,导致了BTEX(benzene,苯；toluene,甲苯；ethylbenzene,乙苯；xylene,二甲苯)和MTBE(methyl tea-butyl ether,甲基叔丁基醚)对于地下水的污染越来越严重。地下水异位修复中的基于抽出-处理技术的颗粒活性炭吸附处理工艺(GAC)已有几十年的实践经验累积,技术成熟,便于监测、控制污染水体的处理效果,可以保证得到预期的处理效果,所以具有较强的实用性。本课题通过研究BTEX和MTBE在活性炭上的吸附、竞争吸附,各自降解微生物的驯化方法等,成功建立了一套基于抽出-处理技术的BTEX生物活性炭(Biological activated carbon,BAC)处理工艺,评价其处理负荷范围和对于溶解氧等进水指标的要求,从而更加深入地探讨和理解BAC及其应用前景。此外,本课题对于BTEX和MTBE的挥发性、活性炭选型等重要基础环节也建立了具有特色的简便快速的评价方法。 为了评价BTEX和MTBE在活性炭上的吸附性能,进行了BTEX和MTBE的平衡吸附容量实验和MCRB穿透测试。结果表明,活性炭对于这些有机物的吸附能力大小顺序为：乙苯>邻二甲苯>甲苯>苯>MTBE,这验证了溶解度越小的吸附质越容易吸附的经验。椰壳炭相比原煤和果壳炭来说是吸附BTEX和MTBE的最佳炭型,其对于BTEX和MTBE的吸附性能大小次序和三种炭的苯酚值一致,说明苯酚值可以预测活性炭对于BTEX和MTBE的吸附容量大小。BTEX在活性炭上的吸附能力高于MTBE,所以在进行竞争吸附穿透实验时,BTEX会集中吸附在活性炭床层的进水端,而MTBE则会分布在整个床层中,这致使BTEX和MTBE在床层中可以分布在不同的区域。而微生物对于BTEX较为快速的降解也使得其保持在进水端的区域中,这样就可以避免BTEX对于MTBE降解的抑制作用。如果没有生物降解作用,苯系物的传质区则会逐渐向出水端移动,在此过程中将取代已吸附的MTBE,导致在活性炭表面的MTBE发生解吸附。 在MTBE降解菌培养阶段,以两种石油化工厂废水处理单元污泥为菌源,采用了批式密封摇瓶的方法在30℃下进行了MTBE降解微生物的培养。结果表明,经过一段时间(15天)的接触驯化,一些密封摇瓶中的MTBE含量明显下降,经使用亨利常数计算扣去挥发值,两种菌群均对MTBE产生一定的降解能力降解速率为1-1.5 mg/g dry cell/h左右。当存在甲苯时,降解菌对于MTBE的降解不同程度的受到了抑制,说明和BTEX共存不利于MTBE的降解,这侧面说明了它们在活性炭床层中的分离可以增强BAC对于其的去除作用。将两种MTBE降解菌接种于生物活性炭(5-10 mg/L,EBCT=20 min)后,运行9周后处理效果并不明显。有必要需要进一步驯化得到如文献中降解能力更强的高效菌(34-50 mg/g cell/h)并在BAC处理开始阶段使用更长的EBCT,才能达到长期有效去除MTBE的目的。 对于BTEX的生物活性炭而言,进行驯化和接种就比较容易。采用石化污泥上清液,以10 minEBCT循环接种炭柱2 h进行接种,之后通过10 mg/LBTEX开始柱内驯化处理过程。在EBCT为3.2 min的条件下,除苯之外,其余BTEX的BAC出水中均未检出苯系物。在最初的吸附作用阶段之后,吸附和可生化性均较差的苯的出水浓度逐渐上升(至4 mg/L),之后又缓慢下降到检测限以下(<0.5 mg/L)。 为了检验BAC在高BTEX负荷情况时的处理效果,在进水浓度为30-50 mg/L左右时,EBCT为1.2min条件下对于BTEX分别进行了BAC处理。同样地,只有苯的出水浓度上升(至10 mg/L,C/C0为0.29),然后略有下降,保持在5-10 mg/L(C/C0为0.2左右)的水平,其余的苯系物出水均一直保持小于5 mg/L的水平。实验结果表明BAC可以长期有效地处理高负荷BTEX(38.4-50.4 kg/m3/d)的进水。 虽然BAC出水中的BTEX大部分在炭柱内降解,但其中只有小部分转化成CO2。比较了BAC进出水中的DOC和溶解氧差值,结果表明,即便考虑部分DOC转化为生物量的因素,BAC内溶解氧的实际消耗量也小于理论消耗量(DOC去除量乘以2.67而得)。由于BAC具备高BTEX负荷的处理能力,所以可以大大减少其建设场地和费用,而对于溶解氧的低消耗量也降低了的操作费用；其体现出的长期显著的污染物去除能力,也证明其炭柱内的活性炭不需要进行的定期更换再生,从而进一步节省了处理费用。 通过生物活性炭(Coal II和Coconut II)的甲苯吸附容量测定,验证了生物再生对于活性炭吸附容量的维持作用。从两种炭的生物再生效率可见,生物再生和活性炭孔径分布相关,单宁酸值可以表征生物再生的快慢。生物活性炭的作用分为微生物降解和活性炭吸附两部分。在实际运行中,活性炭剩余的吸附容量将在接受冲击负荷、吸附其余相对难吸附、难降解有机污染物(如MTBE)时发挥关键作用。虽然在生物活性炭较低负荷,长期稳定运行时,活性炭炭型对于工艺效果的影响不大,但选择吸附容量大的活性炭作为载体,在生物活性炭工艺开始阶段和有冲击高负荷的情况下能保证工艺出水稳定；在水中存在难降解,高毒性有机物,需要较长时间进行柱内驯化适应时也推荐使用。BTEX生物活性炭在不同负荷条件下的运行情况,均和文献中的模型预测结果相一致。