活性污泥對污水中有機物的吸附性能研究

李璐

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

關(guān) ?鍵 ?詞：活性污泥;有機物;吸附

中圖分類號：TQ016 ?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： ?????文章編號：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隨著我國工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，人們的生活水平也越來越好，水資源環(huán)境污染程度也越來越嚴(yán)重[1]。生活污水中污染物主要來源于人們?nèi)粘Ｉ钪邢礈焖⑷祟惻判刮?、生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的廢棄物以及動植物殘片等，其中主要含油一些微生物、油脂、尿素和脂肪等一些物質(zhì)，同時含有大量的表面活性劑和揮發(fā)性有機物。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)過合理的處理，會污染環(huán)境，同時大量的有機物的存在，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，對含有有機物的生活污水進(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)過程，物質(zhì)內(nèi)部的分子和周圍分子有互相吸引的引力，但物質(zhì)表面的分子，其中相對物質(zhì)外部的作用力沒有充分發(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]。活性污泥法作為污水處理常用的一種技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于城市生活污水的處理上[8]。活性污泥一般呈絮狀，含有大量的微生物群體?；钚晕勰辔接袡C物主要是因為污泥絮凝體具有較強的親水性，屬于極性物質(zhì)，其絮凝體上的菌膠團對污水中的有機物有較強的吸附性能，當(dāng)污水中的污染物質(zhì)和活性污泥混合時，有機物即被吸附;同時，活性污泥中的微生物會利用自身的條件將有機物合成細(xì)胞，不僅能實現(xiàn)自身的增長，還可以去除水中的有機物[9-11]。

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

1 ?實驗部分

1.1 ?實驗材料

1.1.1 ?活性污泥與失活污泥

本實驗所用到的活性污泥取自生活污水處理廠的接觸氧化池，為絮狀活性污泥，呈棕褐色。將活性污泥利用蒸餾水清洗，再對其進(jìn)行曝氣12 h，對混合液離心分離，去除上清液，再對離心后的沉淀物進(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 ?實驗用水

本實驗采用的有機物廢水為模擬廢水，廢水的COD值為700～750 mg/L。

1.2 ?實驗方法

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)一段時間后取樣處理，測定廢液的COD值。吸附率的計算：

1.2.2 ?分析測定方法

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

2 ?結(jié)果與討論

2.1 ?活性污泥的分析

本實驗所用的活性污泥時絮狀的顆粒物，呈棕褐色，粘性較大，細(xì)菌種類繁多，含水率高，pH在7左右。同時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)，同時具有類孔結(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 ?活性污泥對污水有機物的吸附研究

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，研究了隨時間的變化，活性污泥與失活污泥對廢水中有機物的吸附情況，并以廢水中的COD濃度為考察指標(biāo)，測得廢水的COD濃度。實驗結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，廢水中的COD濃度隨著吸附時間的增長而逐漸降低，最后趨于穩(wěn)定，達(dá)到平衡態(tài)。活性污泥作為吸附劑對廢水中的有機物進(jìn)行吸附時，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物時，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)象的原因可能是因為活性污泥具有粘性表層和生物活性，水體中的有機物會吸附于其表面，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間為14 h。

2.3 ?活性污泥對污水有機物吸附的影響因素

2.3.1 ?活性污泥的濃度對有機物吸附的影響

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廢水中有機物的吸附情況，實驗結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，利用活性污泥對廢水中的有機物進(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，污泥濃度在4 000 mg/L時，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，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大，導(dǎo)致活性污泥的活性吸附位點被相互覆蓋，影響了有機物與活性位點的結(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物，還會引入過多的污泥廢棄物，影響廢水的后期處理，因此，綜合考慮，本實驗污泥的最佳濃度為4 000 mg/L。

2.3.2 ?活性污泥在不同 pH值條件下對有機物吸附的影響

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來調(diào)節(jié)原始污水的酸性。研究了模擬廢水的pH變化對廢水中有機物的吸附情況，實驗結(jié)果如圖4所示。

廢水的pH值是影響活性污泥對廢水中的有機物的吸附的重要影響因素，過高或過低的pH值不僅不會促進(jìn)吸附反應(yīng)的進(jìn)行，還會影響反應(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。在廢水pH值為5左右時，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，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+，會占據(jù)活性污泥的吸附位點，從而影響污泥的吸附效果[17，18]，同時研究發(fā)現(xiàn)，吸附反應(yīng)后，廢水的pH會有所增加，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，污泥對水體有機物的吸附效果最佳。

2.3.3 ?活性污泥在不同溫度下下對有機物吸附影響

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廢水中有機物的吸附情況，實驗結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，溫度的變化對吸附的影響很大，隨著溫度的升高，吸附效果明顯增強，廢水COD的濃度逐漸降低，當(dāng)廢水的溫度為30 ℃時，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%。但溫度過高，會影響污泥的吸附，廢水COD濃度有所升高。這是溫度升高時，使得離子的擴散運動速度加快，有利于離子間的交換，平衡向有利于吸附的方向進(jìn)行。但是溫度過高，會使擴散運動加劇，影響了吸附平衡點的穩(wěn)定性，會有部分解吸現(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，利用活性污泥對模擬廢水中的有機物進(jìn)行吸附的最佳條件為：吸附溫度為30 ℃，吸附時間為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模擬廢水中的有機物進(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）活性污泥吸附有機物的最佳條件為：吸附溫度為30 ℃，吸附時間為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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