原來活性炭還能這么用！優于活性污泥法的PACT，到底厲害在哪里？
活性炭-活性污泥工藝（Powdered activated carbon technology），簡稱PACT工藝，最早由杜邦公司開發。
該工藝通過將粉末活性炭（下文簡稱PAC）加入活性污泥反應器中，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，使系統耐沖擊負荷能力大大提高。
01
PACT工藝流程及作用機理
從流程圖可以看出，該工藝實質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點相結合，既解決了單獨用活性炭價格昂貴的成本問題，也打破了單獨用生物法只適用于去除有機污染物的局限性。
如下圖所示，粉末活性炭PAC可以連續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入生化處理系統。
PACT工藝流程
自PACT工藝誕生以來，關于其作用機理的討論就持續不斷，主要有2種代表性的理論：
1、吸附-降解-生物再生-再吸附，PAC和微生物協同作用去除有機物
活性炭提供的巨大表面積可以吸附水中的有機物和氧氣，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入活性炭微孔中，將吸附的難降解有機物分解成小分子，使吸附位點再生，PAC恢復吸附功能。而分解之后的小分子有機物可以為微生物提供營養和能量，提高了微生物的活性，從而更有利于有機物的去除。
值得一提的是，即使酶分子無法進入微孔，但當大、中孔中的有機物被降解后，由于濃度差的存在，有機物從微孔擴散到大、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單疊加
不言而喻，該理論與理論1明顯相反。因為經過若干次吸附循環之后，活性炭逐漸飽和，吸附能力降低，有機物的去除呈現下降趨勢，這表明PAC表面已飽和，并不存在生物再生現象。
PACT法優于單獨的活性污泥法。
其實，不管是理論1還是理論2，無論是否存在PAC的生物再生，PACT法都要優于單獨的活性污泥法：
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微生物氧化依賴于有機物的濃度，吸附增大了固定在炭粒表面的有機物濃度，并使反應進行的比較徹底；
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PAC和活性污泥一起停留在曝氣池中，相當于污泥齡的時間，難降解有機物有更多的機會被降解；
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由于炭吸附難降解有機物的同時吸附了微生物，從而延長了生物與有機物的接觸時間而且 PAC對細胞外酶的吸附也有利于微生物對有機物的降解。
02
PACT工藝的應用及注意問題
PACT法一經產生就因其在經濟和處理效率方面的優勢，廣泛地應用于工業廢水的處理中，如煉油、石油化工、印染廢水、焦化廢水、有機化工廢水的處理。
不僅如此，PACT法用于城市污水處理可明顯改善硝化效果，要優于活性污泥法，可以提高系統總的去除效率, 大大改善出水水質。
1、PACT工藝在工業廢水上的應用
我國主要將PACT工藝應用于實際的工業廢水處理上。
比如利用PACT工藝處理經過預處理的PAM生產廢水，可以提高氧的利用效率，改善污泥的沉降性能，對有機物的去除效果在80%以上；
某化工園區采用PAC強化活性污泥的方法處理“三高”難降解的綜合化工廢水，對COD的去除效果提高了近一倍，色度去除率達到60-70%；
采用A2/O(PACT)工藝處理水解酸化后的印染廢水，可有效提升了系統的冬季運行效果，對苯環類、稠環類、雜環類等特征有機污染物的處理效果的強化，對大分子物質的去除有較為明顯的促進效果；
再比如，國內某制藥公司利用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%。提高了系統對于沖擊負荷的耐受能力，并對系統中的苯并噻唑降解菌有篩選作用。
2、應用PACT工藝應注意的問題：
(1) 選擇污泥處置設備材料時要加以考慮。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，對泵體、池體、二沉池刮泥機械以及污泥處置設備都有較高的耐磨要求。
(2) 由于該工藝產生的污泥密度較高，所以二沉池刮泥機械以及污泥處置設備設計時要采用較高的扭力矩極限值。
(3) 當投炭量較大時，出水中含有較高的PAC顆粒，為改善這種情況，建議最好采用SBR系統或者加一個三級濾池，也可以用一個膜分離單元代替二沉池。
(4) PACT系統中PAC的吸附容量與通過間歇等溫吸附試驗所預測的數值有所不同，應進行連續流處理試驗獲得相關數據用于設計。
(5) 因為PAC的吸附能力很強，如直接暴露于空氣中則極易吸附周圍環境中的物質，使吸附位被占PAC失效，所以在生產或試驗中一定要注意密閉保存。
03
PACT工藝的優點及缺點
1、提高系統對總氮的去除效果
在水處理過程中，硝化細菌和亞硝化細菌可以將水中的氨氮氧化為硝態氮，再在反硝化細菌的作用下，利用碳源提供的能量，將硝態氮轉化為氮氣，從而實現污水中氮的脫除。
活性炭通過吸附水中對硝化細菌和反硝化細菌的抑制物質，使得微生物的活性增強，污泥濃度提高，進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。活性炭的吸附作用，可使得絮凝體與有機物結合的更加緊密，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間就是水力停留時間，之后污染物便被排出系統。
而在PACT工藝中，被活性炭吸附的有機物能夠隨著污泥不斷在生物池和沉淀池中循環，這些有機物與微生物的接觸時間與污泥齡相當，使一些接觸較長時間才能被生物降解的難降解有機物得到去除。
4、改善沖擊載荷下的工藝穩定性
活性炭對某種物質的吸附能力與該物質在水中的濃度密切相關。
當污染物濃度高時，活性炭增加對污染物的吸附量，降低水中的污染物濃度；當污染物濃度低時，活性炭將吸附的污染物通過解吸作用釋放到廢水中，提高水中的污染物濃度。
因此，活性炭在系統中可以起到調節污染物濃度的作用，增強了系統的穩定性。特別是對于一些不耐沖擊負荷的微生物能起到很好的保護作用。由于抗沖擊負荷能力的增強，對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，消除發臭、發泡現象
煤化工廢水中的色度、臭味、泡沫等現象是由于氮雜環、酚類化合物、苯系物等有機物被氧化引起的。活性炭可以選擇性的吸附這些有機物，因此可以改善色度的去除，消除發臭、發泡現象。
當然，PACT工藝也存在一些客觀上的缺點，比如吸附飽和的活性炭與污泥一同排往污泥處理設施，會增加污泥的處理負荷；同時，活性炭隨污泥排放，也會造成資源的浪費。
值得一提的是，現階段活性炭的再生技術可以將剩余污泥中的活性炭進行再生，使活性炭恢復吸附能力。與PACT工藝聯用，可以實現污泥的資源化，具有很大的發展前景。
轉載至：環保水圈
來源：[1] C Bomhardt , J E Drew es , M Jekel.…[ J] .Wat.Sci.Tech., 1997, 35( 10) :147 ～ 153.[2] 藍梅,顧國維. 天PACT工藝研究進展及應用中應注意的問題[J]. 工業水處理,2000,20(1)：10-12. [3] 姜昆. PACT工藝處理煤化工廢水的效能研究[D].
