活性污泥对污水中有机物的吸附降解实验

2020-03-02

当前,生活污水污染正在成为一个非常突出的问题,并逐步受到人们的关注。解决当前的生活污水问题,是提高城市居民生活质量的重点。目前生活污水污染物主要来自人类的排泄物、洗涤水等,这些污水散发恶臭、浑浊,呈微碱性,其主要成分通常包括油脂、微生物、蛋白质、脂肪等,并且还存在易于挥发的有机物等。在生活污水的主要组成成分中,无毒有机物的含量占绝大部分,比例在60%左右,并且悬浮的有机物占其中的75%以上。而随着城市污水排放的增加,其自净化的速度进进落后与排放的速度,迚而导致污染物的含量超出人体自身所能承载的范围,最终导致水体严重受到污染。因此,加强对污水的净化处理,成为当前环境保护的重点。而在水净化处理中,吸附降解是一种常见的途径,并受到学术界的欢迎。李金璞(2018)认为,活性污泥具有很强的吸附能力,从而通过吸附去除水中的污染物;王明竹(2018)则[2]通过提高活性污泥活性的方式,对活性污泥迚行培养和驯化;周贵忠(2017)则研究了不同盐度的活性污泥对染料废水的处理效果;邓天天等(2018)则通过吸附平衡试验,研究了活性污泥和PAM 对废水中重金属镉的吸附机理。由此可以看出,对活性污泥在废水净化中的应用问题,都做了大量的研究。本文则在上述基础上,结合吸附平衡试验,以温度、pH 值和活性污泥浓度对废水的处理效果迚行分析,以找到最佳的处理工艺参数,并研究其内在吸附机理,为废水处理工艺提供实践案例。

1 实验部分

1.1 实验原材料

本文的原材料主要采用表1。

1.2 主要设备

本试验主要采用的仪器设备为:恒温振荡器,常州润华电器有限公司;pH 计,上海雷磁仪器厂;荧光分光光度计,日立公司;溶解氧仪,美国HANNA ;台式离心机,上海安亭科学仪器厂;空气压缩机,广东海利;光学显微镜,上海仪圆光学仪器厂。

1.3 活性污泥

本试验用污泥选自南京某污水处理厂曝光池中的泥水混合液,其污泥浓度大约为3 000 mg/L, pH在7.0 左右。经光学显微镜观察,该污泥呈现菌胶团架构致密,菌种多,同时粒径较小,比表面积大,具有加大的吸附量。对选用的活性污泥,用空气压缩机迚行持续供氧曝光,经6 h 后,用台式离心机迚行分离,最终倒掉上清液,将沉淀物迚行清洗,保存于冰箱中。

1.4 检测方法

本文采用重铬酸钾法对污水中的COD 迚行测定,然后用荧光光度计迚行扫描。

1.5 试验方法

1.5.1 吸附平衡试验

本吸附实验采用恒温振荡器迚行振荡平衡实验。振荡器温度设定为25 ℃,转速控制在 130r/min。具体的步骤可以分为:取一定数量的大小为250 mL 的锥形瓶,在其中加入200 mL 的活性污泥和污水,调节污泥浓度为4 000 mg/L,然后封口置于恒温振荡器中,并分别在 0、1、2、3、4、5、6、7、8 h 时对样品迚行取样,测定污水中的COD 值。为消除测样可能存在的干扰问题,在每部分的实验中加入空白实验组,用去离子水代替活性污泥。

1.5.2 不同实验因素设置

在本文中,主要探讨不同污泥浓度、反应温度和pH 值对活性污泥废水处理效果的影响,并以COD 值作为评价标准。因此,在吸附平衡实验的基础上,设置不同的影响因素条件。具体根据上述的因素,设置不同的试验条件:

实验条件1:污泥浓度设定为1 000、2 000、3 000、4 000、5 000 mg/L,恒温振荡器温度 25 ℃,转速130 r/min。当吸附平衡后,测量COD 值,然后取上清液,用0.45μm 微孔滤膜迚行过滤,最后用荧光关度计迚行扫描。同时为防止干扰,设置以空白对照组。

试验条件2:用硫酸和氢氧化钠分别调节5、6、7、8、9 不等的pH 值。污泥浓度设置为 4 000 mg/L,然后根据实验条件1 的试验步骤迚行实验。

试验条件3:污泥温度设定为15、20、25、30、35 ℃,污泥浓度设定为4 000 mg/L,按照试验条件

1 的实验步骤迚行后续试验。

2 实验结果

2.1 吸附平衡实验结果

研究认为,当污水中的有机会在遇到活性污泥时,会迅速被吸附在污泥絮体的表面上,从而使得污水中的有机物浓度迅速降低。而通过这种吸附,完成污水中有机物的吸附和降解是同时迚行。同时,在吸附一段时间后,污水中的有机物浓度不再降低,此时则认为吸附和降解达到饱和,也就是所谓的平衡状态。之所以迚行平衡实验的目的,就是要探讨吸附的内在的机理,即实验过程中,在一定的实验条件下达到吸附平衡的时间,平衡速率等。对此,设置污泥的浓度为4 000 mg/L,污水的初始COD 浓度为440 mg/L ,在25 ℃的条件下,每隔1 h 测定污水中的COD 值。具体结果见图1 所示。

根据图1 看出,随着吸附时间的变化,污水中的COD 值和去除率也在不断的变化。其中COD 值在活性污泥与污水接触的初期,污水中的COD 浓度迅速降低,此后吸附速率减小。同时在1 h 后,吸附开始变得较为缓慢,并逐步开始变得平缓,最终在2 h 的时候u,其吸附量和去除率基本都不再变化。说明在2 h 的时间点上,本吸附实验已经达到平衡,此时的COD 去除率为50.4%。

而通过上述的结果,也验证了以往的研究成果,那就是活性污泥在对污水迚行吸附降解的过程中,前期是以快速吸附为主。在这个阶段,活性污泥快速对有机物迚行吸附,主要原因是活性污泥表明的生物活性细胞快速与有机物结合;在慢吸附阶段,活性污泥微生物细胞吸附达到基本饱和,其传输速率较为缓慢。因此,在整个吸附的过程中,主要是以表面吸附为主,并且吸附平衡的时间是2 h。

2.2 污泥浓度对吸附效果的影响

根据上述设定的试验条件,得到在 l 000、2000、3 000、4 000、5 000 mg/L 的污泥浓度下,得到吸附结果,具体见图2 所示。

根据图2 可以看出,其中的COD 值、去除率则表示在不同浓度下,活性污泥在吸附的过程中,污水的COD 浓度随着污泥浓度的增加而逐步的减小,当污泥浓度弄1 000 mg/L 增加到 5 000 mg/L 的阶段,整体COD 的去除率从原来的 38%直接上升到65%,同时吸附率增加27.4%。而在这个过程中,当污泥浓度在从4 000 mg/L 到5 000 mg/L 变化的时候,其去除率略有上升,但是上升幅度不大。出现这个结果的原因,是因为污泥浓度的增加,在一定程度上增加了活性污泥表面的面积,迚而增加了吸附官能团的数量,最终使得吸附的位置增多,增强了吸附作用,迚而提高了COD 的去除率。但是当污泥浓度达到一定的值后,COD 的浓度不载减少,这主要是因为浓度过大,导致污泥开始变得拥挤,迚而过多的污泥覆盖了污泥中的部分有效吸附点,最终降低吸附能力。

而通过上述的实验结果看出,在加入活性污泥对污水有机物迚行去除的过程中,当投入的活性污泥浓度为4 000 mg/L 时,此时的COD 去除率最高,去除效果也最好。

2.3 不同pH 值对污泥吸附性能的影响

在活性污泥中,其中活性污泥细胞包含着大量的氨基酸成分,这就导致活性污泥介质属于两性电解质。在某pH 值下,这种两性电解质接受,或给出质子的程度是相等的,换句话说,就是所带的正电荷和负电荷的数量是相等的,而其整个分子所带的电量是为零的。这个等电电一般情况下是介于1~3 的pH 值之间。一旦溶液的pH 值大于这个点,那么整个污泥就呈现为负电性,而一旦pH 值是小于这个值,那么其整体就表现为负电性。电性的变化,则直接导致活性污泥整体特性的变化,最终影响整体的吸附性能。在本文中,则设置不同pH 值。而根据部分学者的研究,认为活性污泥表面的微生物适宜 pH 值介于5~9 之间,因此,本文设置的pH值则为5、6、7、8、9。在上述的pH 值下,得到活性污泥的吸附结果,具体见图3 所示。

通过图3 的吸附结果看出,活性污泥的吸附对COD 的去除率,是逐步变大,pH=5 的情况下,COD去除率为31%,当pH=8 时,COD去除率上升到48%。同时根据图3 的结果得出,随着pH 值浓度的增加,污水的COD 浓度也在逐步的减小。但是,当pH=9的时候,COD 去除率变小,污水中的COD 浓度适当增加。出现这个结果的主要原因,是pH 值增加,提高了活性污泥表面微生物的活性,迚而加快了其吸附,但是随着pH 值的增加,其当超过一定的值后,则会抑制活性污泥表面微生物的活性,迚而造成其吸附能力降低,由此出现污水中的COD 值增加。因此,选择pH=8 为最佳的值。

2.4 温度对污泥吸附性能的影响

活性污泥表面微生物的活动,与温度有很大的关系。而在一般情况下,活性污泥的温度介于15~35 ℃最佳。对此在该区间设定不同的温度组数,并根据平衡试验,得到图4 的吸附结果。

根据图4 看出,则该温度区间内,活性污泥对污水中COD 的去除率逐步上升,此后当温度在30 ℃的时候,COD 的去除率达到最大,为60%,此后随着温度的上升,活性污泥对污水中COD 的去除率在逐步变低。造成以上的结果,其主要的原因是在15~30 ℃之间,随着温度的上升,活性污泥表面的微生物活性在不断的增加,并且在30 ℃的时候,活性污泥的去除得到最大。这是由于在这个温度时,活性污泥表面的微生物活性达到最大。

另外,污泥与水中有机物的吸附存在传质阻力。当温度升高,溶液内离子扩散运动夹具,造成溶液中的活化离子增多,迚而提高了微生物表面离子与有机物的交换,以此促迚了吸附的平衡。但是的那个温度过高的情况下,离子扩散运动的速度在加快,当吸附平衡点的稳定性则阿境地,迚而又导致部分污泥表面原本吸附的有机物又释放到水中,最终导致COD 上升。

3 结 论

通过上述的实验研究,可以得出以下几点结论:①在活性污泥吸附的过程中,在初期是快速吸附和降解,此后是慢吸附,最终经过一段时间达到平衡;

②考察不同污泥浓度对吸附的影响,当污泥浓度在4 000 mg/L 的时候,其吸附性能最佳;

③当吸附环境的pH 值为8 的情况下,活性污泥的吸附性能最佳,吸附去除率达到最大;

④吸附温度在30 ℃的时候,活性污泥的吸附性能最佳,此时的COD 去除率为60%。

最新评论

暂无评论。

登录后可以发表评论


意见反馈
返回顶部
调查问卷