活性污泥對(duì)污水中有機(jī)物的吸附性能研究

李璐

摘 ?????要：研究了活性污泥對(duì)廢水中有機(jī)物的吸附效果，并以廢水中COD的濃度為考察指標(biāo)，對(duì)活性污泥吸附水中有機(jī)物影響的因素進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：活性污泥對(duì)廢水中的有機(jī)物的吸附效果較好，以生物吸附為主;同時(shí)，對(duì)pH為8、溫度為30 ℃的模擬廢水，以4 000 mg/L的污泥的濃度對(duì)廢水中的有機(jī)物吸附14 h，廢水中的COD的去除率可達(dá)91.6%。

關(guān) ?鍵 ?詞：活性污泥;有機(jī)物;吸附

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ016 ?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： ?????文章編號(hào)：1671-0460（2019）08-1737-04

Abstract： The adsorption effect of activated sludge on organic matter in wastewater was studied. Taking the concentration of COD in wastewater as an indicator， the factors affecting the adsorption of organic matter in activated sludge were investigated. The results showed that activated sludge had good adsorption effect for organic matter in the wastewater. The adsorption type was mainly biosorption. At the same time， for the simulated wastewater with the pH of 8 and the temperature of 30 °C， after the organic matter in the wastewater was adsorbed by 4 000 mg/L sludge for 14 h， the removal rate of COD in the process reached 91.6%.Key words： Activated sludge; Organic matter; Adsorption隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，人們的生活水平也越來(lái)越好，水資源環(huán)境污染程度也越來(lái)越嚴(yán)重[1]。生活污水中污染物主要來(lái)源于人們?nèi)粘Ｉ钪邢礈焖?、人?lèi)排泄物、生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的廢棄物以及動(dòng)植物殘片等，其中主要含油一些微生物、油脂、尿素和脂肪等一些物質(zhì)，同時(shí)含有大量的表面活性劑和揮發(fā)性有機(jī)物。這些物質(zhì)使得生活污水還含有較為難聞的氣味，若不經(jīng)過(guò)合理的處理，會(huì)污染環(huán)境，同時(shí)大量的有機(jī)物的存在，不僅增加了污水的處理難度，同樣影響了周邊的自然環(huán)境，對(duì)含有有機(jī)物的生活污水進(jìn)行合理有效的處理，是目前相當(dāng)重要的任務(wù)[2，3]。吸附屬于一種傳質(zhì)過(guò)程，物質(zhì)內(nèi)部的分子和周?chē)肿佑谢ハ辔囊?，但物質(zhì)表面的分子，其中相對(duì)物質(zhì)外部的作用力沒(méi)有充分發(fā)揮，所以固體物質(zhì)的表面可以吸附其他的物質(zhì)，在表面積很大的情況下，這種吸附力能產(chǎn)生很大的作用。在固體物質(zhì)表面積蓄的組分，即被吸附的物質(zhì)稱(chēng)為吸附質(zhì)，能在表面吸附物質(zhì)而降低自身表面能的固體物質(zhì)成為吸附劑[4]。近些年，利用污泥吸附法去除污水中的有機(jī)物被廣泛研究，常用的污泥有活性污泥、厭氧污泥和硝化污泥[4-7]?；钚晕勰喾ㄗ鳛槲鬯幚沓Ｓ玫囊环N技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于城市生活污水的處理上[8]?；钚晕勰嘁话愠市鯛?，含有大量的微生物群體。活性污泥吸附有機(jī)物主要是因?yàn)槲勰嘈跄w具有較強(qiáng)的親水性，屬于極性物質(zhì)，其絮凝體上的菌膠團(tuán)對(duì)污水中的有機(jī)物有較強(qiáng)的吸附性能，當(dāng)污水中的污染物質(zhì)和活性污泥混合時(shí)，有機(jī)物即被吸附;同時(shí)，活性污泥中的微生物會(huì)利用自身的條件將有機(jī)物合成細(xì)胞，不僅能實(shí)現(xiàn)自身的增長(zhǎng)，還可以去除水中的有機(jī)物[9-11]。

本文主要根據(jù)前面學(xué)者的研究?jī)?nèi)容，進(jìn)一步探討了活性污泥與失活污泥對(duì)有機(jī)廢水中有機(jī)物的吸附性能研究，并研究了污泥對(duì)有機(jī)物的吸附影響條件，探討了吸附機(jī)理，為廢水中有機(jī)物的去除提供了一些新的見(jiàn)解與思路。

1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 ?實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 ?活性污泥與失活污泥

本實(shí)驗(yàn)所用到的活性污泥取自生活污水處理廠(chǎng)的接觸氧化池，為絮狀活性污泥，呈棕褐色。將活性污泥利用蒸餾水清洗，再對(duì)其進(jìn)行曝氣12 h，對(duì)混合液離心分離，去除上清液，再對(duì)離心后的沉淀物進(jìn)行清洗，最后放置在冰箱內(nèi)進(jìn)行保存使用。失活污泥將活性污泥在高溫高壓下進(jìn)行處理而得到的。

1.1.2 ?實(shí)驗(yàn)用水

本實(shí)驗(yàn)采用的有機(jī)物廢水為模擬廢水，廢水的COD值為700～750 mg/L。

1.2 ?實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 ?活性污泥的吸附性能研究

將活性污泥與200 mL模擬廢水混合，調(diào)節(jié)活性污泥的濃度，模擬廢水的pH值，將錐形瓶利用封口膜進(jìn)行密封處理，然后將其放入恒溫?fù)u床內(nèi)進(jìn)行吸附反應(yīng)，反應(yīng)一段時(shí)間后取樣處理，測(cè)定廢液的COD值。吸附率的計(jì)算：

1.2.2 ?分析測(cè)定方法

模擬廢水中COD的測(cè)定按照GB 11914-89方法測(cè)定，活性污泥的SEM采用

2 ?結(jié)果與討論

2.1 ?活性污泥的分析

本實(shí)驗(yàn)所用的活性污泥時(shí)絮狀的顆粒物，呈棕褐色，粘性較大，細(xì)菌種類(lèi)繁多，含水率高，pH在7左右。同時(shí)該活性污泥的粒徑較小，整體表面不光滑。利用掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)（圖1），該活性污泥主要呈片層狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有類(lèi)孔結(jié)構(gòu)，主要是污泥表面的空隙分布比較明顯，增大了活性污泥的比表面積，有利于活性污泥的吸附。

2.2 ?活性污泥對(duì)污水有機(jī)物的吸附研究

將活性污泥與失活污泥作為吸附劑，模擬廢水作為吸附質(zhì)，在污泥濃度為3 000 mg/L，pH為7，溫度為30 ℃的條件下，研究了隨時(shí)間的變化，活性污泥與失活污泥對(duì)廢水中有機(jī)物的吸附情況，并以廢水中的COD濃度為考察指標(biāo)，測(cè)得廢水的COD濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，廢水中的COD濃度隨著吸附時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸降低，最后趨于穩(wěn)定，達(dá)到平衡態(tài)。活性污泥作為吸附劑對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行吸附時(shí)，可以看出，反應(yīng)前期吸附效果較佳，在9 h左右，廢水中的COD濃度趨于穩(wěn)定平衡，此時(shí)COD的去除率為80.24%。而失活污泥作為吸附劑吸附廢水中的有機(jī)物時(shí)，在吸附14 h左右趨于平衡，且廢水中的COD的去除率為69.2%，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)榛钚晕勰嗑哂姓承员韺雍蜕锘钚裕w中的有機(jī)物會(huì)吸附于其表面，而活性污泥中經(jīng)高溫高壓處理后，影響了活性污泥中的微生物活性，導(dǎo)致活性污泥的吸附性降低[11-13]。因此，后期選擇的吸附平衡時(shí)間為14 h。

2.3 ?活性污泥對(duì)污水有機(jī)物吸附的影響因素

2.3.1 ?活性污泥的濃度對(duì)有機(jī)物吸附的影響

在模擬廢水的pH為7，溫度為30 ℃的條件下吸附14 h，以廢水中的COD濃度為考察指標(biāo)，研究了活性污泥與失活污泥的濃度對(duì)廢水中有機(jī)物的吸附情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，利用活性污泥對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行吸附后，水體中的COD濃度隨著污泥的濃度呈現(xiàn)出先降低后稍微增大的趨勢(shì)，污泥濃度在4 000 mg/L時(shí)，廢水中COD的濃度最低，去除率可達(dá)90.4%。之后活性污泥濃度增大時(shí)，COD濃度較之前稍有增多，產(chǎn)生這一現(xiàn)象是由于污泥濃度過(guò)大，導(dǎo)致活性污泥的活性吸附位點(diǎn)被相互覆蓋，影響了有機(jī)物與活性位點(diǎn)的結(jié)合，從而吸附能力稍有降低[12-14]。

相比于活性污泥的吸附效果，失活污泥的吸附效果較差，但同樣污泥濃度較大，不僅不能有效的吸附廢水中的有機(jī)物，還會(huì)引入過(guò)多的污泥廢棄物，影響廢水的后期處理，因此，綜合考慮，本實(shí)驗(yàn)污泥的最佳濃度為4 000 mg/L。

2.3.2 ?活性污泥在不同 pH值條件下對(duì)有機(jī)物吸附的影響

在模擬廢水的污泥濃度為4 000 mg/L，溫度為30 ℃的條件下吸附14 h，以廢水中的COD濃度為考察指標(biāo)，采用H2SO4來(lái)調(diào)節(jié)原始污水的酸性。研究了模擬廢水的pH變化對(duì)廢水中有機(jī)物的吸附情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

廢水的pH值是影響活性污泥對(duì)廢水中的有機(jī)物的吸附的重要影響因素，過(guò)高或過(guò)低的pH值不僅不會(huì)促進(jìn)吸附反應(yīng)的進(jìn)行，還會(huì)影響反應(yīng)的進(jìn)度，只有在合適的pH值范圍內(nèi)，才能保證良好的吸附性能。據(jù)文獻(xiàn)可知[15，16]，活性污泥中微生物生存的最佳pH值范圍一般在6.5～8.5之間。由圖4可以看出，隨著pH值的變化，經(jīng)污泥吸附后廢水中COD的濃度呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)。在廢水pH值為5左右時(shí)，吸附效果較差，活性污泥吸附后廢水的COD的濃度為176 mg/L，當(dāng)pH值增大至8左右時(shí)，經(jīng)活性污泥吸附后的廢水的COD的濃度為63 mg/L，去除率高達(dá)91.6%。這主要是在酸性條件下，廢水中存在大量的H+，會(huì)占據(jù)活性污泥的吸附位點(diǎn)，從而影響污泥的吸附效果[17，18]，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，吸附反應(yīng)后，廢水的pH會(huì)有所增加，而在中性堿性環(huán)境下，pH值的變化不大。失活污泥的最佳吸附pH也在8左右。因此，在廢水的pH值為8時(shí)，污泥對(duì)水體有機(jī)物的吸附效果最佳。

2.3.3 ?活性污泥在不同溫度下下對(duì)有機(jī)物吸附影響

在模擬廢水的污泥濃度為4 000 mg/L，pH為8的條件下吸附14 h，以廢水中的COD濃度為考察指標(biāo)，研究了模擬廢水的溫度變化對(duì)廢水中有機(jī)物的吸附情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，溫度的變化對(duì)吸附的影響很大，隨著溫度的升高，吸附效果明顯增強(qiáng)，廢水COD的濃度逐漸降低，當(dāng)廢水的溫度為30 ℃時(shí)，吸附效果最佳，經(jīng)活性污泥吸附后的廢水的COD的濃度為63 mg/L，去除率高達(dá)91.6%。但溫度過(guò)高，會(huì)影響污泥的吸附，廢水COD濃度有所升高。這是溫度升高時(shí)，使得離子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)速度加快，有利于離子間的交換，平衡向有利于吸附的方向進(jìn)行。但是溫度過(guò)高，會(huì)使擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇，影響了吸附平衡點(diǎn)的穩(wěn)定性，會(huì)有部分解吸現(xiàn)象產(chǎn)生，導(dǎo)致吸附效果較低[14，19，20]。因此最佳的吸附溫度選擇為30 ℃。

綜上所述，利用活性污泥對(duì)模擬廢水中的有機(jī)物進(jìn)行吸附的最佳條件為：吸附溫度為30 ℃，吸附時(shí)間為14 h，pH為8，污泥的濃度為4 000 mg/L。

3結(jié) 論

（1）利用活性污泥與失活污泥對(duì)模擬廢水中的有機(jī)物進(jìn)行吸附研究發(fā)現(xiàn)，活性污泥的吸附效果較佳，COD的去除率較高，以生物吸附為主。

（2）活性污泥吸附有機(jī)物的最佳條件為：吸附溫度為30 ℃，吸附時(shí)間為14 h，pH為8，污泥的濃度為4 000 mg/L。COD的去除率到達(dá)91.6%.

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