好氧顆粒污泥對蓄電池廠廢水中鉛的吸附研究

摘要：利用序批式活性污泥（SBR）反應器運行穩(wěn)定后的成熟干燥硝化好氧顆粒污泥作為吸附劑，，探討了好氧顆粒污泥對鉛蓄電池廠廢水中的重金屬鉛的去除效果以及吸附的最佳條件。結果表明，干燥硝化好氧顆粒污泥吸附除Pb2+的最佳pH為3.5，且在pH為3.5～5.5范圍內均可達到很好的去除效果，在此范圍內Pb2+的出水濃度變化不大；當pH為3.5時，該吸附劑最佳投加量為1.0 g/L，對Pb2+的去除率達97.27%，出水水質達到《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）的一級排放標準，總Pb2+含量小于1.0 mg/L，再加大投加量去除效果變化不大。

關鍵詞：好氧顆粒污泥；含鉛廢水； Pb2+的吸附

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）11-2759-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.11.012

Study on the Pb2+ Removal of Battery Factory Wastewater containing Pb2+ Using Aerobic Granular Sludge Adsorption

TANG Chao-chun，YE Xin，LIU Ming，CHEN Hui-min

（School of Civil Engineering and Architecture， East China Jiaotong University， Nanchang 330013， China）

Abstract： Using dry nitrification aerobic granular sludge form SBR reactor running stabilized as adsorbent，the effect and adsorption optimum control conditions of aerobic granular sludge on the lead removal of battery factory wastewater containing Pb2+ was explored. The results showed that the optimal pH was 3.5 of aerobic granular sludge to removal of Pb2+，the removal effect was good and the change of effluent concentration of Pb2+ was little at pH 3.5 to 5.5. When the pH was 3.5，the optimum dosage of the adsorbent was 1.0 g/L，Pb2+ removal rate reached 97.27%，and water quality achieved Integrated Wastewater Discharge Standard（GB 8978-1996） of an emission standard， the total Pb2+ concentration was less than 1.0 mg/L，and then removal rate changed little with increasing of the dosage.

Key words： aerobic granular sludge； wastewater containing Pb2+； adsorption of lead

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境問題越來越嚴重，尤其是重金屬污染日益影響著人們的身體健康。國務院批復的《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》[1]明晰了以下重點防控對象，第一類規(guī)劃對象以鉛、鉻、汞、鎘和類金屬砷等污染嚴重的重金屬元素為主，第二類防控的金屬污染物為銅、錳、鉍、鉈、鎳、鋅、錫、鉬等。重點防控的5大重點行業(yè)為含鉛蓄電池業(yè)、化學原料及化學制品制造業(yè)、有色金屬礦（含伴生礦）采選業(yè)、皮革及其制品業(yè)、有色金屬冶煉業(yè)?？梢娭亟饘傥廴镜目刂婆c治理迫在眉睫。

重金屬廢水治理常見的方法包括：一是化學沉淀法，即利用特定化學藥劑與金屬離子反應生成不溶物而去除的方法；二是物理化學法，即在不改變重金屬離子化學形態(tài)的前提下將其去除；三是生物法，即利用生物體或植物的化學基團、孔隙特征及新陳代謝等將重金屬去除[2]。好氧顆粒污泥不但具有良好的去除有機污染物的能力，而且在水處理技術方面具有獨特的應用前景，因其具有孔隙率高、比表面積大、沉淀性能好、泥水分離快等特征，所以可作為一種優(yōu)良的生物吸附材料。近年來好氧顆粒污泥技術已成為污水處理領域研究的熱點，并取得了一定的研究成果[3-7]。由于顆粒污泥密實的結構、規(guī)則的外形及其沉降性能等良好的特性，因此在水處理技術領域具有重要的研究價值與應用前景[8-11]。

本研究利用好氧顆粒污泥吸附處理實際含鉛廢水，探討了以硝化好氧顆粒污泥作為吸附劑對實際廢水中鉛的去除效果和吸附機理，通過采用江西某電源科技有限公司混合含鉛廢水水樣進行吸附除鉛試驗，考察了好氧顆粒污泥吸附劑對鉛吸附的最佳pH與最佳投加量及其除鉛效果，旨在為好氧顆粒污泥的實際應用提供理論依據(jù)和技術指導，并挖掘其在實際工程應用中的潛能。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

采用序批式活性污泥（Sequencing batch reactor activated sludge process，SBR）反應器培養(yǎng)的好氧顆粒污泥自制成干燥硝化好氧顆粒污泥用作吸附劑，研磨后為淡黃色粉狀物。其主要理化性質：混合液懸浮固體濃度（MLSS）為4.62 g/L，混合液30 min靜沉后污泥容積（SVI30）為25.32 mL/g，沉速為40.6 m/h，Zeta電荷為-14.31 mV，蛋白質（PN）為 225.7 mg/g，多糖（PS）為56.72 mg/g，PN/PS為3.98 mg/mg。

1.2 試驗用水

試驗原水取自江西某電源科技有限公司的混合廢水水樣，該廠廢水的主要污染物重金屬離子Pb2+主要來自化成、涂片等生產(chǎn)過程，廢水通常顯酸性，pH在2.0以下，混合廢水經(jīng)過了1 d的自由沉降預處理，測得該廢水水質情況為pH 1.25、濁度32 NTU、Pb2+濃度23.80 mg/L。

1.3 試驗方法

1.3.1 最佳pH的確定 稱取0.1 g干燥好氧顆粒污泥置于8個250 mL的具塞錐形瓶中，加入實際廢水100 mL，分別用NaOH溶液調節(jié)pH至1.25（原液）、2.5（實際調到了2.43）、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5，將錐形瓶置于恒溫振蕩搖床內，在25 ℃、200 r/min條件下振蕩2.0 h，0.45 μm濾膜過濾后測定Pb2+的濃度。

1.3.2 最佳投加量的確定 稱取0.02、0.06、0.08、0.10、0.15、0.20、0.30 g干燥好氧顆粒污泥，置于7個250 mL的具塞錐形瓶中，加入100 mL廢水，調節(jié)pH至最佳值，置于恒溫振蕩搖床，溫度為25 ℃，轉速為200 r/min，振蕩2.0 h，0.45 μm濾膜過濾后測定Pb2+的濃度。

2 結果與分析

2.1 最佳pH的確定

由圖1可知，干燥好氧顆粒污泥作為吸附劑對實際含鉛廢水的除鉛效果在酸性條件下隨著pH的升高而增大，當pH為3.5時可達到最佳吸附效果，相應去除率為97.61%，即原水水質含Pb2+濃度為23.80 mg/L時，其出水濃度為0.57 mg/L，相應的吸附容量為23.23 mg/g；當pH大于3.5以后，該吸附劑對Pb2+的吸附效果并沒有明顯變化。故可認為當pH≥3.5時，干燥好氧顆粒污泥對鉛吸附效果較好。分析其原因可能為：①顆粒污泥表面有大量的有機官能團，比如-NH2、-COOH、-OH等，在低溫干燥預處理條件下并沒有遭到破壞，隨著pH的升高，吸附劑表面的去質子化程度增強，這些官能團容易失去氫鍵，增加了吸附劑的吸附點位。②pH越大，吸附劑表面表現(xiàn)出的電負性越強，對Pb2+的吸引力增大，吸附能力越大；而低pH條件下吸附劑表面的質子化能力大，表面電負性減弱?？紤]到原廢水的pH為1.25，把pH調節(jié)到3.5相對于將pH調節(jié)到大于3.5來說更為經(jīng)濟也更容易，所以綜合考慮認為該吸附劑吸附除Pb2+的最佳pH為3.5。

2.2 最佳投加量的確定

由圖2可知，Pb2+的去除率隨吸附劑投加量的增加而增大，投加量在0.2～1.0 g/L時，Pb2+的去除率從49.45%增加到97.27%，即原水水質含Pb2+濃度為23.80 mg/L時，其出水濃度為0.65 mg/L（低于國家標準1.0 mg/L，出水達標），相應的吸附容量為23.15 mg/g；投加量在1.0～3.0 g/L時，Pb2+的去除率增加緩慢；整個吸附劑投加量增加的過程中，吸附容量一直呈現(xiàn)下降趨勢，由58.85 mg/g（0.2 g/L投加量）降到23.15 mg/g（1.0 g/L投加量），最后降到7.75 mg/g（3.0 g/L投加量）。

吸附劑投加量為0.2～0.6 g/L時，吸附劑對Pb2+的去除率有較快的增長趨勢，在投加量達到0.6～1.0 g/L時，雖然去除率增長變化不大，但由于當投加量小于1.0 g/L時，該廢水Pb2+的出水濃度大于1.0 mg/L，未達到國家Pb2+的排放標準，投加量1.0 g/L時即已達標，因此對于該實際廢水，干燥好氧顆粒污泥的最佳投加量為1.0 g/L。

3 結論

考察了干燥好氧顆粒污泥對實際鉛蓄電池廠含Pb2+廢水的吸附去除效果，結果表明，吸附Pb2+的最佳pH為3.5，且在pH為3.5～5.5范圍內均可達到很好的去除效果，在此范圍Pb2+的出水濃度變化不大；當pH為3.5時，該吸附劑最佳投加量為1.0 g/L，對Pb2+的去除率達97.27%，出水水質達到《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）的一級排放標準，總Pb2+≤1 mg/L，再加大投加量去除效果變化不大。綜合該最佳pH和最佳投加量，可初步認為干燥好氧顆粒污泥可以高效地處理含鉛廢水。

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