生物吸附—好氧顆粒污泥聯合技術處理重金屬廢水的實驗研究

摘 要：以來源廣泛的農業廢棄物材料為吸附劑材料，用生物吸附法預處理重金屬污染廢水，比較各種材料的吸附效率，結果表明，茶葉、松針兩種吸附劑材料對重金屬粒子有較好的去除效果，去除率可分別達到97.3%、96.3%；再以吸附效率高的材料為載體，培養好氧顆粒污泥，用以進一步去除預處理后廢水中的COD、NH3-N等指標，改善水質。由兩種方法聯合處理后廢水中COD、Cr6+、NH3-N的實驗數據可知，此聯合技術對廢水水質有持續穩定的處理效果。

關鍵詞：生物吸附；好氧顆粒污泥法；廢水處理

隨著電鍍、染料、冶金、石油、電池等化學工業的迅猛發展，重金屬污染對生態環境和人類健康的影響日趨嚴重，對重金屬廢水的治理成為環境治理保護的一項重要內容。

生物吸附法是近年來發展起來的金屬廢水處理新技術，具有適應性強、耐受性好、可再生等優點，越來越多的受到人們的關注。在實際的污水處理中，吸附法的原理決定了其對水中的COD、TP等指標的去除率不高，為保證水處理效果，以有的研究成果往往在該工藝后串聯生化等二級處理過程。

好氧顆粒污泥處理技術是由傳統活性污泥法演變而來的一種高效廢水生化處理過程，它除了可以用于去除廢水中的COD、氨氮、難降解有毒有機廢水和含磷廢水的處理外，也可以有效地處理含重金屬廢水。目前的眾多報道主要集中在好氧顆粒污泥的特性、進水水質、pH值、脫氮除磷機理以及系統運行的研究上，如何以常用的廉價吸附劑為載體，快速培養出好氧顆粒污泥加以應用的研究在國內并不多見。

針對上述兩種技術在水處理應用中各自存在的問題，本實驗方案結合前人的研究成果將兩種工藝組合，采用生物吸附法預處理廢水中重金屬離子，再以吸附效率較高的吸附劑為載體快速培養好氧顆粒污泥，并對預處理后廢水的COD、NH3-N等指標的進行好氧顆粒污泥的生化降解處理。為生物吸附-好氧顆粒污泥聯合技術在重金屬廢水的處理中的應用提供有價值的參考依據。

1 實驗材料

1.1 實驗儀器與藥品

電熱恒溫鼓風干燥箱DGG-9070B、高速中藥粉碎機HX-100、目30 標準篩GB/T6003、電子天平AR2130、恒溫振蕩培養箱HZQ-X100、可見分光光度計722S等。

重鉻酸鉀（優級純），二苯碳酰二肼（優級純），硫酸（優級純）、磷酸（優級純）、丙酮（優級純）。

1.2 吸附劑載體制備

本次實驗選用的吸附材料都是廉價、易得的生活和農業廢棄物。經過初步篩選，本實驗選用的吸附材料為松針、茶葉渣、橘皮、板栗殼、甘蔗渣和玉米芯。將吸附材料切塊，洗凈，85℃烘干至恒重，粉碎過目30 篩，置干燥玻璃瓶內備用。

1.3 實驗模擬廢水制備

稱取于120℃干燥2h的重鉻酸鉀（優級純）0.1415g，用水溶解，移入1000mL容量瓶中，用水稀釋至標線，搖勻。每毫升模擬液液含0.050mg六價鉻。

2 實驗方法與結果

2.1 生物吸附劑預吸附實驗

2.2 好氧顆粒污泥法實驗

2.2.1 好氧顆粒污泥的快速培養

根據吸附實驗結果和吸附劑材料的制備情況，分別選取松針、橘皮、板栗殼、甘蔗渣四種材料為吸附載體在預處理后的廢水中培養好氧顆粒污泥，進而研究好氧顆粒污泥對重金屬廢水水質的改善情況。

顆粒污泥的培養實驗從5月13號開始，表格中對應的三種指標數據為好氧處理開始前的初始水質情況。

好氧顆粒污泥的培養裝置為圓柱形有機玻璃柱，內徑20cm，高50cm。采用充氧泵進行曝氣，使培養裝置中溶解氧的濃度保持在2.0mg/L左右，接種污泥取自紹興市某環境工程公司曝氣池的回流污泥。試驗在室溫條件下進行，接種后污泥濃度為1500mg/L。加入篩選出的生物吸附劑材料，輔助生成顆粒污泥，此時混合物MLSS指標為3500mg/L。4天后吸附劑載體表面開始出現明顯絮體，實驗正式進入好氧顆粒降解階段，開始監測水質變化情況各指標監測方法均參考國家環境保護總局《水和廢水監測分析方法》第四版。

2.2.2 好氧處理對重金屬廢水COD的去除

隨著好氧處理實驗的進行，好氧顆粒污泥法對廢水中的COD的去除情況如圖1所示。

由圖1看出，以幾種吸附劑材料為載體培養出的好氧顆粒污泥對廢水的COD均有去除作用。甘蔗渣和板栗殼兩種材料的污泥對廢水COD的去除效率較高且速度較快，橘皮和松針污泥相對較低，去除速度也低于前兩種材料。在實驗過程中還發現，在相同的實驗條件下，由于幾種材料自身結構組成不同，材料的有效使用時間不同，最終對水質改善的效果也不同。

2.2.3 好氧處理對重金屬廢水NH3-N的去除

由圖2中好氧顆粒吸附對廢水NH3-N的去除情況看出，經過前一個階段的吸附試驗，由于部分橘皮和松針材料經水浸泡發生腐爛，所以在這一階段初始的氨氮值明顯高于投放其它兩種材料的廢水，經過好氧顆粒處理，最終廢水中的氨氮值雖有明顯下降但絕對值仍高于其它。四種材料培養的好氧顆粒污泥對于水中氨氮去除率為50%左右。

2.2.4 好氧處理對重金屬廢水Cr6+的去除

圖3為廢水中鉻離子的濃度變化情況，不同載體材料的四種廢水經過吸附處理后，甘蔗渣和橘皮吸附劑的兩組廢水中剩余的鉻離子較多，板栗殼和松針兩種材料的吸附效果較為明顯；而在本實驗的好氧階段，板栗殼和松針材料的兩組實驗效果趨于平穩緩慢，甘蔗渣和橘皮兩組實驗培養的顆粒污泥去除鉻離子效果顯著。最終，四組實驗對水中鉻離子的去除效果都很明顯，甘蔗渣和橘皮兩組實驗的去除效果更是達到98%以上。

3 結束語

生物吸附法能高效去除水中金屬離子但對COD、NH3-N等指標去除有限；好氧顆粒污泥法的生化處理原理可以很好的去除水中的這些指標，但對重金屬廢水的毒性有一定的耐受性。基于以上兩點，本文采用生物吸附-好氧顆粒污泥聯合技術處理含有高濃度Cr6+的模擬廢水。研究結果表明，實驗中的生物吸附預處理能高效去除污染廢水中的Cr6+，后續的好氧顆粒污泥法對預處理后廢水的COD、NH3-N指標等指標也有很好的去除效果，對生物吸附處理后殘余的Cr6+離子也有一定的去除效果。對比單種工藝處理的研究結果，聯合技術的處理避免了個組成工藝的不足，處理效果更優。

本研究的重點是對幾種材料的篩選和在單一條件下好氧顆粒污泥法對廢水處理效果，沒有深入研究外部條件對對實驗結果的影響，如何為該組合工藝在實際應用中設定最優工況并加以推廣還需進一步研究。

參考文獻

[1]胡林林，王建龍，文湘華，等.SBR中厭氧顆粒污泥向好氧顆粒污泥的轉化[J].環境科學，2005，25（4）：74-77.

[2]劉紅，郭清馬，何建平，等.微生物吸附-好氧生物氧化聯合工藝處理污水的試驗研究[J].給水排水，2003，2：27-30.

[3]國家環境保護總局《水和廢水監測分析方法》編委會.水和廢水監測分析方法[M].第四版.北京：中國環境科學出版社，2006.

作者簡介：楊春娣（1983，2-），河南開封，西安理工大學研究生，講師，西安建筑科技大學華清學院。