（无机化学专业论文）活性污泥对水体中有机污染物吸附性能的研究.pdf

郑州大学研究生毕业论文 摘要 本文研究了活性污泥对硝基取代酚类有机物和染料的吸附性能，主要内容包 括活性污泥对硝基取代酚类有机物和染料的吸附等温线，吸附动力学曲线以及对 影响吸附因素的研究，并对活性污泥吸附有机物的吸附机理进行了探讨，为剩余 活性污泥的再利用提供了理论基础。 厂 硝基取代酚类有机物在活性污泥上的吸附等温线均符合h e r r y 型，而染料在 f 活性污泥上的吸附等温线符合l a n g u m r 型或f r e u n d li c h 型。 染料在活性污泥上的吸附动力学方程符合一级动力学方程：i nc = l n c 。一k t ，或 双常数速率方程：1 n c = 1 n k + b i n t ，或e 1 0 v i c h 方程：c = a + b i n t 。 硝基取代酚类有机物在活性污泥上的吸附量和其硝基含量多少有关，硝基含 量多的吸附量比硝基含量少的吸附量要大；而染料在活性污泥上的吸附量受染料 本身分子结构影响，染料分子结构复杂，空问位阻大，在活性污泥上的吸附量就 少；分子结构对在活性污泥上到达吸附平衡的时间有一定影响；结构相似的染料 在活性污泥上的吸附等温线和吸附动力学曲线有很强的相似性。 硝基取代酚类有机物在活性污泥上的吸附量不受p h 值的影响( 在废水处理中 一般允许p h 值为6 - 9 ) ；盐度在0 5 以下，对活性红x - 3 b 、酸性湖蓝a 、活性红 k2 b p 、活性红x 一2 r 、活性翠蓝k n g 在活性污泥上的吸附量没有影响；在0 5 1 5 问，活性红x 一3 b 、酸性湖蓝a 、活性红k 一2 b p 、活性红x 一2 r 、活性翠蓝k n g 在活 性污泥上的吸附量随盐度增加而增大；而在1 5 2 间，活性红x 一3 b 、酸性湖蓝 a 、活性红k - 2 b p 、活性红x 一2 r 、活性翠蓝k n g 在活性污泥上的吸附量不随盐度 的增加而增加。 活性污泥对硝基取代酚类有机物和染料的吸酣主要靠活性污泥表面的多聚 、 物，是化学吸附和物理吸附综合作的结果。 ， 活性污泥对染料的吸附可分为两个阶段：第一阶段，活性污泥的表面多聚物 对染料进行化学吸附和物理吸附，这一阶段吸附时间短，吸附量大；第二阶段， 活性污泥中菌胶团细菌表面的酶对染料进行化学吸附，这一阶段吸附时间长，吸 附量小。 郑州大学研究生毕业论文 a b s t r a c t t h ew o r ks t u d i e st h ea d s o r p t i o np e r f o r m a n c eo fn i t r o - p h e n o l c o m p o u n d sa n d d y e t oa c t i v a t e d s l u d g e ，t h e w o ki n c l u d et h e a d s o r p t i o ni s o t h e r m ，a d s o r p t i o n s a t u r a t i o nc u r v ea n di n f l u e n c ef a c t o ro fn i t r o - p h e n o l - - c o m p o u n d sa n dd y ea d s o r p t i o n l oa c t i v a t e ds l u d g e ，p r o v i d et h et h e o r e t i c a lb a s i sf o rs u r p l u sa c t i v a t e ds l u d g er e c y c l e t h ea d s o r p t i o no f n i t r o - p h e n o l - c o m p o u n d st oa c t i v a t e ds l u d g ec o n f o r mt oh e r r y t y p ei s o t h e r m ，t h ea d s o r p t i o no fd y et oa c t i v a t e ds l u d g ec o n f o r m t ol a n g u m i rt y p eo r f r e u r t d l i c ht y p ei s o t h e r m t h ea d s o r p t i o nt h ek i n e t i ce q u a t i o no f d y et o a c t i v a t e ds l u d g ec o n f o r mt ot h e k i n e t i c eq u a t i o n ：i nc = i n c o k to rl n c = l n k + b i n to rc = a + b i n t t h e a d s o r p t i o nq u a n t i t i e so f n i t r o p h e n o l - c o m p o u n d s t oa c t i v a t e ds l u d g er e l a t et h e n u m b e ro f n i t r o m u l t i - 血t r o p h e n o l c o m p o u n d sh a v em o r ea d s o r p t i o nq u a n t i t i e st h a n n i t r o p h e n o l c o m p o u n d s t h ea d s o r p t i o nq u a n t i t i e so fd y e st oa c t i v a t e ds l u d g er e l a t e t h ed y em o l e c u l es t r u c t u r e s i m p l em o l e c u l es t r u c t u r ed y e sh a v em o r ea d s o r p t i o n q u a n t i t i e st h a nc o m p l e xm o l e c u l es t r u c t u r ed y e s t h em o l e c u l es t r u c t u r eh a ss o m e a f f e c to na c t i v a t e ds l u d g er e a c h i n gt h ea d s o r p t i o ns a t u r a t i o n i nt h es c a l eo f p h6 - 9 ，p hh a v e n oe f f e c to nt h e a d s o r p t i o nq u a n t i t i e s o f 2 , 4 ，6 - - t r i n i t r o p h e n o l ，2 , 4 一d i n i t r o p h e n o l ，a n d2 - n i t r o p h e n o lt oa c t i v a t e ds l u d g e u n d e r s a l i n i t y o 5 t h e s a l i n i t y h a sn oe f f e c to nt h ea d s o r p t i o nq u a n t i t i e so fr e a c t i v e b r i l l i a n tr e dx 一3 b ，r e a c t i v eb r i l l i a n tr e dk 一2 b p r e a c t i v er e d v i o l e tx 一2 ra n d r e a c t i v et u r q u o i s eb l u ek n ga n dt oa c t i v a t e d s l u d g e i nt h e s c a l eo fs a l i n i t y o 5 一1 5 t h ea d s o r p t i o nq u a n t i t i e so ft h e s ef i v ed y e st oa c t i v a t e ds l u d g ea u g m e n t w i t hd e c r e a s i n gs a l i n i t y i nt h es c a l eo f s a l i n i t y1 5 一2 t h ea d s o r p t i o nq u a n t i t i e so f t h e s ef i v ed y e st oa c t i v a t e ds l u d g ed on o ta u g m e n tw i t hd e c r e a s i n gs a l i n i t y t h e a d s o r p t i o no fn i t r o - - p h e n o l - c o m p o u n d sa n dd y e st oa c t i v a t e ds l u d g ei sp h y s i c a l a d s o r p t i o na n dc h e m i c a la d s o r p t i o nr e s u l t t h ea d s o r p t i o no f n i t r o - p h e n o l c o m p o u n d s a n d d y e st oa c t i v a t e ds l u d g ed e p e n d o nt h em i c r o b i a le x t r a c e l l u l a rp o l y m e r s t h ep h a s ea d s o r p t i o no f d y e s t oa c t i v a t e ds l u d g ec a nd i v i d et w os t e p s ：t h ef i r s ts t e p i sa c t i v a t e ds l u d g em i c r o b i a le x t r a c e l l u l a rp o l y m e r sp h y s i c a la d s o r p t i o na n dc h e m i c a l 2 郑卅l 大学研究生毕业论文 a d s o r p t i o no fd y e s ，i nt h es t e p ，t h ea d s o r p t i o nt i m ei ss h o r t ，t h ea d s o r p t i o nq u a n t i t i e s i sg r e a t ；t h es e c o n ds t e pi sz o o g l o e a b a c i l l a r ys u r f a c ee n z y m e c h e m i c a la d s o r p t i o n ，i n t h es t e p ，t h ea d s o r p t i o nt i m ei sl o n g ，t h ea d s o r p t i o nq u a n t i t i e si sl i t t l e 3 郑州大学研究生毕业论文 第一章概论 1 前言 水环境污染和水资源短缺是全球淡水资源正面临的两大问题。随着我国经济 的迅速发展、人口的增加、人民生活水平的逐步提高、工业化和城市化步伐的加 快，用水量急剧增加，污水排放量也相应增加，加剧了淡水资源韵短缺和水环境 的污染。而污水处理设施落后，污水处理率低，是造成我国水环境污染的主要原 因之。为了更快地改善我国的水环境，保护水资源，在学习国外成功和先进经 验的同时，应汲取国内外的失败教训并结合我国的实际情况，对我国水污染防治 和水资源保护采取综合治理措施。要研究、开发和应用基建费用低、能耗低和运 行费用低的革新技术：因地制宜，采用处理与利用相结合的措施，利用生态处理 系统，在污水处理的同时实现污水的无害化和资源化，实现水的良性循环和水资 源的可持续利用 1 i 。 在当前污水处理技术领域中，活性污泥法由于其自身的优越性而被广泛的应 用，成为应用最广泛的技术之一【2 1 。随着对活性污泥法的研究的深入，对它的作 用原理有了更清楚的了解。一般把活性污泥的作用过程分为三步：第一步，在 活性污泥与污水接触的初期，通过附聚、吸附、吸收作用使得水中有机物含量迅 速降低。第二步，是活性污泥对有机物进行氧化分解，用来使细菌生长，维持新 陈代谢。第三步，沉淀分离。其中，第一步是物理、化学、生物作用共同产生的 结果。这一过程的综合作用附聚、吸附、吸收，被称为生物吸附p 】。 生物吸附是活性污泥物理，化学，生物作用的共同结果。强化生物吸附有以 f 优点：提高有机物去处能力；强化硝化一反硝化作用：有一定控制丝状 菌：提高氧的利用率，加速反应的进程。因此生物吸附作用在活性污泥系统中， 有着多方面的影响作用。如果充分利用微生物的这一固有特性，能提高活性污泥 法工艺的性能，改善和稳定工艺的运行。本论文就是利用活性污泥的生物吸附对 水体中有毒难降解有机污染物进行吸附性能的研究。 2 目前的研究状况 目前国内外对生物吸附的研究主要集中于其对水体中重金属离子和有机物 的吸附性能。 郑州人学研究生毕业论文 2 1 目前生物吸附对重金属离子吸附性能的研究 ： 业、农业废水、城市生活废水以及各种采矿废水均含有大量的金属离子污 染物，它们的排出严重污染了自然水体，从而对动植物及环境造成有害影响。由 于金属的毒害性，环境移动性以及它们复杂的化学形式，人们越来越重视废水中 金属去除和回收的研究。目前在金属去除和回收方面对生物吸附性能的研究多在 利用生物吸附剂及活性污泥去除水中重金属。到目前为止，发现很多种微生物都 能结合金属，但是它们与金属离子之间的结合却是大不相同的。微生物从溶液中 分离金属离子的机理有以下几种：( 1 ) 胞外富集沉积，( 2 ) 细胞表面吸附或络合， ( 3 ) 胞内富集。其中细胞表面的吸附和络合对死活微生物都存在，而胞外和胞内 的大量富集则往往要求微生物具有活性1 4 i 。 活性污泥一般是含细菌，真菌，原生动物，后生动物和其它一些微生物的有 机体。因此在活性污泥吸附体系中，其对金属离子生物吸附作用应是上述几种机 制综合作用的结果。 c h e n g e ta l 川研究了在p h = 6 7m l v s s = 1 6 0 0 m g 1 ，c d ”浓度为2 0 8 ，1 0 3 ， 2 5s n a g 1 的条件下，活性污泥去除c d ”的两个阶段：前一阶段速度快，时间短； 后一阶段去除速度慢，持续时问长。污泥和含c d 2 + 污水混合1 0 分钟时，c d “的 去除率分别为8 6 ，8 4 和7 4 ：1 0 分钟后，去除率增加少。对c u ，p b ，n i 进行研究后也得出类似的去除特点，说明活性污泥能从溶液中快速去除、积累重 金属离子。从各位学者的实验结果可知，活性污泥对金属离子的去除都呈两个阶 段：第一阶段特点是速度快，时间短( 几分钟一几小时) ；第二阶段速度较慢， 时间较长。其原因是污泥对金属的去除是通过表面吸附和胞内吸收( 胞内吸收指 金属离子和生物细胞表面的透膜酶、水解酶间的结合。由于结合点较少，因而速 度较慢。结合后的金属离子进入细胞内后，透膜酶、水解酶又可结合其余的金属 离子，作用的持续时间比较长。) 来实现的。由于活性污泥微生物表面覆盖有多 聚物【6 】，生物细胞壁上的膜蛋白和脂肪所含有的磷酸基、碳酸基、羟基等基团都 可以和金属离子问相结合。由于是电荷间的相互作用，表面吸附是一个物理、化 学现象，和生物活性无关。这可从下列实验中加以证实。n e l s o ne ta l t 7 l 把无生物 活性的活性污泥( 在温度为1 2 0 。c 下，进行时间为1 5 分钟灭活处理) 和正常的 活性污泥用比较实验，在q c = i 天，p h = 7 条件下，两者对z n ”的去除能力极为 郑州大学研究生毕业论文 相近。c h e n g e ta l 发现，经高温高压处理过的活性污泥( 1 2 1 、1 0 5 k g c m 2 、1 0 分钟) 和正常活性污泥，在p h 为7 1 0 、n i 浓度为1 2 9 m g 1 条件下，对n i 的去 除能力无显著差异。在1 0 分钟内两者对n i 的去除速度都很快；1 0 分钟以后， 只有正常的活性污泥对n i 的去除率仍有所上升。 污泥对金属离子的去除是一个复杂的过程，要受到众多因素的影响。这些影 响因素分为操作因素( 泥龄、污泥指数s v i 、污泥浓度m l s s 、进水化学需氧量 c o d 、悬浮物浓度s s ) 、物化因素( 温度、p h 、金属离子浓度、金属溶解度、 价态、络合剂浓度、颗粒大小) 和生物因素( 生物的种属、细胞外多聚物浓度) 。 p h 很可能是一个影响金属离子在无机和有机表面吸附的一个最重要因素。 因为h + 不仅和其它阳离子竞争污泥功基团的结合场所，而且不同的p h 值，功能 基团的电离水平也有差异，从而影响结合点的总数。一般p h 升高，金属阳离子 的自由结合点增加：o h 。进行竞争，即此时金属离子的影响，一些学者已作了较 深入的研究。c h e n ge ta 1 1 5 1 研究了活性污泥在不同p h 值( p h 6 5 7 7 5 ，m l s s 1 0 0 0 7 0 0 0 m g l ，n i1 3 o p p m ) 时对n i 的去除情况，发现活性污泥在p h 值为7 7 5 时对n i 的去除率最大，p h 为6 5 时最小。n e l s o ne ta l 研究了在p h 为4 1 0 范围 内活性污泥对z n 2 + 、c u 2 + 、c d 2 + 的吸附。结果表明，z n ”、c d 2 + 的去除率在口h 为4 时是1 5 2 0 ，随p h 值的上升，去除率逐渐增大，至p h 为1 0 时达到最 大值，此时两种离子的去除率都在9 0 以上。与此相比，污泥对c u ”的去除率 则在p h 7 8 时达到最大值在较高或低的p h 下，去除率都明显下降。他们还研 究了p h 对c u ”、c d 2 + 吸附等温线的影响，结果表明，在p h 6 5 7 9 时，随p h 值 的升高，污泥对c d 2 + 的吸附也随之增加；污泥对c u 2 + 的吸附量在p h 6 8 时随p h 升高而增加，在p h 为9 时吸附量反而下降。这是因为当p h 大于7 时，c u ( o h ) 2 成为可溶性铜中的主要存在形式。当p h 9 时，c u ( o h ) 2 浓度增加极为迅速，导 致了活性污泥在较高p h 值下对c u ”吸附总量的下降。 c h e n g e ta l t 5 】研究了e d t a 、n t a 、草酸、甘氨酸四种可溶性配位体对活性 污泥吸附金属离子的影响。他们将c u 2 + 标准液( 7 4 1 0 4 m i i ) 和各配位体相混 ( c u ”标准液浓度为配位体浓度的五倍左右，约4 0 1 0 m i ) ，将此混合物加 入到污泥中，曝气不同时间取样分析( 1 2 0 0 分钟) 。结果表明，污泥对c u ”的 去除率随时间延长而略有增加，在2 0 0 分钟时，污泥对混有甘氨酸的溶液中的 郑卅i 大学研究生毕业论文 c u ”去除率为1 8 ( 体系p h = 6 8 5 ) ：对混有草酸的溶液中的c u 2 + 的去除率为9 ( 体系p h = 7 0 5 ) 。经过e d t a 络合后，c u 2 + 的去除率很低( 体系p h = 6 6 5 ) 。从 以e 结果可知，活性污泥及这些配位体对金属离子的竞争能力为：e d t a n t a 草酸，甘氨酸 活性污泥。活性污泥对金属离子的亲和力低于强络合剂，但是仍 远远大于溶液中竞争性有机物。 k a o ，j ee ta l t 8 1 研究了e d t a 对活性污泥去除c d 2 + 的影响。在m l s s 为 3 5 0 0 4 0 0 0 m g 1 ，p h 为7 ，c d 2 + 浓度为2 m g 1 ， c d 2 + e d t a 为1 ：1 、l ：5 、1 ：1 0 ( 摩尔比) 的实验条件下，活性污泥对c d 2 + 的去除能力比未加入e d t a 时下降 了1 个数量级。原因在于e d t a 对c d ”的亲和力大于活性污泥。他们认为， c d ”一e d t a 复合物的形成反应速率很快，而复合物和活性颗粒则以较慢速率相互 作用。 e l l i o t t 和h u a n g 8 1 研究了c u e d t a 浓度比对污泥去除c u 2 + 的影响。他们认为 在液相一固体体系中( 如氧化物c u 2 + e d t a ) ，当c u 2 垤d t a = 1 ：1 ( 摩尔比) 时，污泥对c u 2 + 的去除能力最大。说明c u ”一e d t a 复合物比液相中c u 2 + 更易 污泥所吸附去除。但过多的e d t a 则抑制污泥对c u 2 + 的吸附作用。 较高的自由配位体浓度，不仅阻止了金属沉淀，干扰污泥对金属的吸附，导 致出水中金属浓度增加，而且其本身对活性污泥的活性也要产生抑制作用。 p o t o s 8 1 试验结果表明，当e d t a 浓度为5 0 r a g 1 和1 0 0 m g 1 时，活性污泥耗氧率 分别抑制了2 0 和2 5 。 活性污泥对金属离子的去除主要归功于污泥的表面吸附作用。而表面吸附部 分是通过细胞外多聚物的功能基团的作用来实现的。多聚物多，则去除能力较高。 而细胞外多聚物的产生和细菌生长相有关系，较慢生长条件和内源相时可产生较 多的多聚物，有利于金属离子的去除9 】州i2 i 。n e l s o ne t a le 7 1 的研究结果证实了上 述观点。他们研究了活性污泥在q c = 1 天和5 天情况下对z n 2 + 、c u 2 十、c d 2 + 的吸 附等温线，结果发现q c = 5 天时，细菌颗粒物对各离子的去除率大于q c = 1 天。 细胞外的多聚物在厌氧条件下能水解，这就有可能把金属离子释放回液相。 而p a s c u c c i 实验结果表明，尽管污泥所含的h g ”浓度高达2 6 0 0 m g 1 ，在厌氧消 化过程中，其中的h 9 2 + 未释放回液相，而是仍停留在固相。究其原因是由于消 化器中有较高的硫含量。 郑卅大学研究生毕业论文 不同的金属离子和污泥的结合能力也有所差异。n e u f e l de ta l 6 1 研究结果表 明，h g 、c d 、z n 对活性污泥亲和力的大小为h g c d z n 。c h e n ge ta l 为了了解 各金属离子对污泥吸附点的竞争能力，往活性污泥中加入等摩尔浓度的n i 、p b 、 c u 、c d 的混合液，总浓度为3 1 1 0 m 。在p h = 6 7 时，污泥对p b 的吸附量最 多，其次为c u 。吸附序列为p b c u c d n i 。他们认为这和金属离子污泥颗 粒复合物的稳定性有关。 r u d dte ta l t 2 1 1 研究结果表明，c u 、c d 、c o 、n i 和活性污泥颗粒结合力大小 依次为c u c d c o n i 。 c h e n g e t a l 5 j 研究结果表明，在p h = 7 7 5 、n i 浓度= 1 3 0 p p m 、 v s s = 1 0 0 0 4 0 0 0 m g l 的实验条件下，当污泥浓度( v s s ) 增加时，污污泥凝絮体 对n i 的吸附总量也随着增加，但单位v s s 吸附的n i 量则下降。在同一污泥浓 度下，金属浓度增加，污泥对金属的吸附总量也随之增加，但去除率不一定上升。 在m l s s = 2 9 7 0 m g 1 、v s s = 1 7 5 0 m g 1 、p h = 7 1 0 条件下，当n i 浓度为9 9 p p m 时， 经3 0 分钟后，去除率为5 7 ；而当n i 浓度升至1 3 0 p p m 时，去除率只有2 5 ， 但n i 的去除总量还是上升的。 污水中有机质浓度( c o d ) 高低也会对活性污泥的去重金属能力产生影响。 许晓路1 3 1 在活性污泥去除五价砷的实验中发现，在污泥浓度m l s s = 2 0 0 0 m i 、 a sl v ) 浓度为2 0 p p m 、p h = 7 条件下，经1 2 小时作用后，a s ( v ) 去除率为4 8 ( 进水c o d 为5 1 7 p p m ) 和5 7 2 ( 进水c o d 为1 8 4 3 p p m ) 。这可能是有机负 荷高影响金属的分配和存在状态，且有利于微生物的生长和繁殖所造成。 温度和污泥颗粒大小等因素也会对污泥的去除金属离子能力产生影响。因为 温度会影响酶活性，从而影响金属离子的胞内吸收，而且表面吸附是个物化现象， 和温度的高低相关；污泥颗粒小，可以增加和金属离子接触的机会，有利于去除 速率的提高。 综上所述，目前生物吸附对重金属吸附性能及其影响因素的研究已经比较全 面。 2 2 目前生物吸附对有机物吸附性能的研究 水体对各种污染物有一定的“自净”作用，能消化降解部分有毒有机物。 但许多有毒有机污染物在被微生物分解时速度很慢，且不彻底，它们在环境中残 郑州大学研究生毕业论文 留时间较长，对人类潜伏的环境影响很大，这类物质包括染料、卤化烃、芳烃类 化合物及有机氮磷农药等，我们将它们称为有毒难降解污染物。生物吸附作用是 生物反应器中疏水性有毒难降解有机污染物的一个重要的去除途径 1 4 】，废水处 理中微生物对有机污染物的降解过程通常是污染物在微生物细胞膜表面吸 附：吸附在细胞膜表面的污染物进入细胞膜内；污染物在胞内酶的作用下 发生酶促反应而降解，也可通过污泥的排放而去除。因而有毒难降解有机污染物 被生物污泥的吸附现象是有毒物质去除的重要传输过程之一。虽然在连续微生物 处理过程中吸附作用对有毒物的去除通常都忽略不计，但它对污染物的降解及反 应器的运行无疑起着十分重要的作用。因此目前对生物吸附有毒难降解有机物的 研究日益受到重视。 目前在有毒难降解污染物方面对生物吸附的研究多在筛选和培育高效优势 菌种以及进一步了解活性污泥对对有机污染物的吸附性能。 辛宝平【”1 等利用吸附菌g x 2 对活性艳蓝k n r 进行脱色作用研究，研究结 果表明吸附菌g x 2 表现出很强的吸附脱色性能，可使浓度高达2 5 0 m 酣的活性 艳蓝k n r 在7 2 h 内完全脱色。辛宝平等【”1 还利用青霉菌g x 2 对葸醌染料进行 吸附作用的研究，研究结果表明g x 2 生长菌体表现出很强的吸附性能：对2 5 0 m g l 活性艳蓝k n r 的吸附率高达1 0 0 ，对4 0 0 m l 活性艳蓝k n r 的吸附 率也可达9 1 4 。 同时国外很多研究者就活性污泥絮体对有机污染物的吸附作用进行了研究， 但由于试验条件的差异，尤其是污泥絮体中成分及含量的差异，不同的研究者得 出了不同的结果。 l i v e r e m e n te ta l i ”1 研究了活性污泥对六六六、二嗪农、邻氯苯的吸附性能， 并对起始溶液的浓度、温度等影响因素进行了研究。研究结果表明：活性污泥对 的生物吸附的速率是很快的，一般在一个小时就能达到吸附平衡。在生物吸附过 程中包括两个阶段，第一阶段吸附速率很快，是二级反应，第二阶段较慢。二嗪 农在活性污泥上的吸附是可逆的，并且解吸的过程是很快的。 l i v e r e m e n te ta l t l 8 1 的研究还证明了六六六、二嗪农、邻氯苯在活性污泥上的 吸附量是和有机物的辛醇水比有关的。 高桥等2 0 1 以c 。标记的甘氨酸作底物，用通过c u 2 + 处理过后的和未处理的 郑卅i 大学研究生毕业论文 活性污泥进行对比试验，结果表明，其降解率在t 分钟和1 小时后都为7 0 左 右，几乎没有变化，说明降解是在极短时间内进行的。此外，对活性污泥无论 是用二硝基酚抑制吸收，还是用c u 2 + 灭活，降解率只降低l0 左右，因此他们 认为初期降解主要为物理吸附过程。 高野等2 0 1 研究发现活性污泥中分离出的产气杆菌在对葡萄糖及醋酸钠的降 解过程中，初期降解不受叠氮化钠和二硝基酚的抑制。而且在主动输送完全停止 的0 。c 条件下，或在5 0 。c 下处理2 0 分钟后，仍能具有较高的初期降解率；将菌 体用溶菌酶加以破坏，拿细胞碎片进行试验，醋酸钠的降解率并不降低等，都证 明初期降解的大部分为物理吸附作用。另外一些研究者则得出了相反的结论， r u c hh o l t 2 1 1 等进行了活性污泥吸附葡萄糖的试验，当温度上升到4 5 。c 以上和降 到低温时，降解速度均下降，且不注入空气时也会下降。据此，他们认为活性污 泥对葡萄糖的初期降解速度是以酶促反应作为基础的，因此初期降解是生物吸附 过程。 吕昕等【l9 】研究了活性污泥对邻二氯苯和邻氯酚的吸附性能，研究结果表明： 这两种物质在活性污泥上的去除机理主要是表面物理吸附作用，它们在活性污泥 e 的吸附量与浓度符合线性关系。 陈元彩等2 0 哳究了c e h 三段漂白废水二级生物处理中好氧及厌氧生物污泥 对a o x 吸附作用，结果表明：污泥生物吸附符合l a n g u m i r 吸附等温式，好氧污 泥对a o x 的吸附量大于厌氧污泥，污泥对废水中低分子量a o x 的吸附量大于 高分子量a o x 。污泥的解吸实验则表明污泥的生物吸附是一不可逆过程；活性 和受抑制的2 种污泥的吸附量没有明显差别，其好氧、厌氧污泥的a o x 单位碳 原子的吸附能仅为o 37 和0 38 k j t o o l ，表明生物吸附仅是与生物代谢无关的 面与分子间爱德华力有关的物理吸附。 总而言之，目前生物吸附对有机物吸附性能的研究，不管是吸附的有机物的 种类，还是其吸附的机理以及影响因素都还有很多值得研究的内容。 3 本研究的主要内容 目前，城市污水普遍采用活性污泥法的工艺流程如下： 郑州人学研究生毕业论文 胰h 睁格栅初沉池厌氧池兼性池好氧池p 集泥井沉池子净水 ，? tl 污泥。 回流污泥_ j 嘲i 余活性污泥 ； i v 小 单独处理 运出填埋斗i 泥浓缩脱水 污水处理厂每天都会排放几卜吨至：百吨的污泥，这些污泥因含有高浓度的 重金属离子和其它有毒物而受应用限制，并凡如果处置不”j ，就会对环境造成： 次污染。而每天要排放的大量的剩余活性污泥是一个含青大量活性基团的絮凝 体，有很好的吸附性能，已为国外大量的报道所证实。若能将剩余活性污泥部分 凹流至初沉池或调节池中来吸附去除污水中的有毒难降解物质，提高污水的可生 物降解性，作为一种廉价而有效的生物絮凝剂拓宽 r 污泥的综合利用范围。本文 f 1 的在于对活性污泥作一些有关有毒难降解有机物的吸附研究，为这一设想的应 川作初步的基础理论探讨。 f hf ：1 ，文献综述可知，r f 前对活性污泥的吸附有机物性能的研究多集中在对 疏水性强的有毒难降解有机物有机物( 如氯代苯) 的吸附研究，而对亲水性强的 行毒难降解有机物的吸附研究还没有涉及到，所以我们选取了硝基取代酚类有机 物和染料作为亲水性强的有毒难降解有机物的代表，对其进行活性污泥吸附性能 的研究。因此本文研究主要涉及j ，活性污泥的驯化，活性污泥对硝基取代酚类有 机物和染料的吸附性能，以及对影响硝基取代酚类有机物和染料在活性污泥吸附 性能吲素的研究，并对硝基取代酚类有机物和染料在活性污泥t 的吸附机理进行 r 探讨。 通过人链的实验，得到- r 以卜结论：确定j 硝皋取代酚类有机物和染料在活 性 ，j 泥i ：的吸附、f 衡时间、吸刑等温线和吸附速率方程：染料和硝基取代酚类有 机物的分- 结构对其在活性污泥l 的吸附量都有影响：硝基取代酚类有机物在活 性污泥i 的吸附量不受p h ( 6 - 9 ) 值的影响；盐度在o5 一l5 间对染料在活性 污泥i ：的吸附量有影响。这些结论得出为最终剩余污泥心流到初沉池或调节池的 t 艺参数的选择提供r 有力的理论基础。 参考文献 1 1 】杨鲁豫等，给水排水，2 0 0 1 ，2 7 ( 1 ) ：9 4 1 0 l 【2 】岛延耀上编，水污染控制丁稃，北京：高等教育h 版卡1 ，1 9 9 9 ：1 3 5 塑塑茎堂竺銎生望些笙茎 3 赵旭涛等，中国给水排水，1 9 9 4 ，1 0 ( 3 ) ：2 8 3 0 4 汤岳琴等，四川环境，2 0 0 1 ，2 0 ( 2 ) ：1 2 1 7 5 】c h e n g ，m h ，e ta 1 ，j o u r w a t e rp o l l c o n t r o lf e d ，1 9 7 5 ，4 7 ( 2 ) ：3 6 2 3 7 6 6 】n e u f e l d ，r d ，e ta 1 ，j o u r w a t e r p o l l c o n t r o l f e d ，1 9 7 5 ，4 7 ( 2 ) ：3 1 0 3 2 9 7 n e l s o n ，r o ，e ta l ，j o u r w a t e r p o l l c o n t r o l f e d ，1 9 8 1 ，5 3 ( 8 ) ：1 3 2 3 1 3 3 3 8 k a o ，j e ，e ta l ，j o u r w a t e r p o l l c o n t r o l f e d ，1 9 8 2 ，5 4 ( 7 ) ：1 1 1 8 1 1 2 6 9 b r o w n ，m j ，e ta l ，w a t e r r e s ，1 9 7 9 ，1 8 ( 1 3 ) ，8 1 7 1 0 p a r s o n s ，a ，e ta l ，a p p lm i c r o b i 0 1 ，1 9 7 1 ，2 1 ，6 5 7 1 1 g o u l d ，m s ，e ta l ，w a t e r r e s ，1 9 7 8 ，1 7 ( 1 2 ) ，5 0 5 【1 2 】d u f f ，e t a l ，w a t e r r e s ，l9 9 5 ，29 ( 8 ) ：6 4 5 65 i 1 3 】许晓路，浙江农业大学环保系研究生毕业论文，1 9 8 9 1 4 m c k a y g ，e ta l ，w a t e rr e s ，1 9 8 8 ，2 2 ( 1 2 ) ：1 5 2 7 1 5 3 3 1 5 】辛宝平等，环境科学学报，2 0 0 0 ，2 0 ( 增) ：9 7 1 0 2 1 6 辛宝平等，环境科学，2 0 0 1 ，2 2 ( 1 ) ：1 4 1 8 1 7 】l i v e r e m e n t ，e ta l ，j o u l c h e m t e c h n 0 1 b i o t e c h n 0 1 ，1 9 9 1 ，5 0 ( 4 ) ：5 0 7 5 2 1 1 8 l i v e r e m e n t ，e t a l ，w a t ，r e s ，1 9 9 8 ，3 2 ( 1 2 ) ：3 6 0 1 3 6 0 8 n 9 吕昕等，环境化学，1 9 9 4 ，1 7 ( 1 ) ：3 4 3 7 2 0 】陈元彩等，环境科学研究，1 9 9 9 ，1 6 ( 2 ) ：2 8 3 l 2 1 张自杰主编，活性污泥生物学与反应动力学，北京：中国环境科学出版社， 】9 8 9 ：3 5 0 2 郑州大学研究生毕业论文 第二章活性污泥的驯化 本实验所取污泥来自皮革废t i f f - ，已适应皮革废水的条件，为使污泥具有更 广泛的普遍性，使其性质更趋稳定，更利于理论的实验研究，采取模拟生活废水 水质条件对其进行驯化。 1 实验部分 1 1 实验材料和仪器 空压机，k g 3 1 6 时控开关控制器，w y j 一8 1 2 a c 稳压器、中型机械微波炉，消解 罐，重铬酸钾( a r ) ，硫酸亚铁铵( a r ) ，硫磷混酸，活性污泥取自某5 0 0 0 t d 皮革 废水处理厂的氧化沟段 1 2 实验方法 采用间歇式活性污泥法( s b r 法) 对污泥进行驯化 间歇式活性污泥法”3 是将初沉池的出水放流到曝气池，按时间顺序进行进水、 反应( 曝气) 、沉淀、出水、待机( 闲置) 的基本操作，从污水的流入开始到待机 时间结束称为一个操作周期，这种操作周期周而复始反复进行，从而达到驯化活 性污泥，使之不断进行污水处理的目的。 将曝气桶中污泥虚拟为日处理量5 0 l 的污泥曝气池，采取穿孔曝气，用时间 控制器控制曝气时间。 条件控制”1 ： 微生物浓度2 9 1 ，每同有机负荷0 30 5 k g ( b o d 。) k g ( m l s s ) 具体操作流程： 每个操作周期为6 小时：用时间控制器控制曝气3 小时，待机3 小时。 每次排水1 5 升。 每次加入含营养物质( 以面粉做碳源，牛肉蛋白胨做氮源，磷酸作磷源，使 水中c ：n ：p - 1 0 0 ：8 ：1 ) 1 5 升的废水1 5 升。 测定上层清液的c o d 值“1 。 2 结果与讨论 驯化两个月后，多次对污泥参数进行测定”1 ，发现污泥参数逐步稳定，认为 污泥的性质稳定，可用于后期试验。所得活性污泥参数如表1 郑卅l 大学研究生毕业论文 表l 活性污泥参数 t a b lt h ep a r a m e t e r so fa c t i v a t e ds l u d g e 挥发固体含污泥体积菲 污泥参数c o d 去除率m l s s含水率 里数( s v i ) 所测得的 5 5 - 6 0 7 0 7 2 2 9 11 5 0 m i g 9 7 - 9 9 稳定数据 驯化过程中，曾一度出现污泥s v i = 3 0 0 m l g 的情况，说明此时污泥发生膨胀。 为解决这个问题，我们采取了一些抑制污泥膨胀的措施。主要是控制曝气量，使 曝气池中保持适量的溶解氧，另外适量投加氮氧化物、氮磷氧化物以调节氮磷比 例。一段时间后，污泥s v i 稳定在1 5 0 m l g 。 3 小结 采取模拟生活废水水质条件对活性污泥进行驯化，使其性质得到了稳定，更 具有普遍性，为以后的试验奠定了良好的基础。 参考文献 【1 高廷耀主编，水污染控制工程，北京：高等教育出版社，1 9 9 9 ：1 6 3 2 蒋展鹏主编，环境工程学，北京：高等教育出版社，1 9 9 9 ：1 6 0 3 娄金生主编，水污染治理新工艺与设计，北京：海洋出版社，1 9 9 9 ：4 3 4 国家环保局编，水和废水监测分析方法，北京：中国环境科学出版社，1 9 9 7 2 9 7 5 金儒霖主编，污泥处置，北京：中国建筑工业出版社，1 9 8 2 ：2 9 7 4 郑州i 大学研究生毕业论文 第三章活性污泥对硝基取代酚类有机物的吸附性能的研究 硝基取代酚类有机物是难以生物降解的有毒污染物“1 ，在制药、染料等行业 应用广泛，其废水排放量日益增大”3 。国家对苯酚及硝基取代酚的排放量做了严格 的限制“1 ，水处理工艺中控制酚含量已成为重中之重。本章即研究活性污泥对硝 基取代酚类物质的吸附性能，试图寻找好的处理方法。 l 实验部分 1 1 实验材料和仪器 s d x z 水浴恒温振荡器，l d 4 2 离心机，7 2 1 分光光度计，硝基取代酚类有机 物，2 氨基安替比林溶液，8 铁氰化钾溶液，0 1 n 溴化钾一溴酸钾溶液，1 5 碘化 钾溶液，氨水一氯化铵缓冲溶液，淀粉指示剂 1 2 实验方法 1 2 1 储备液配制 称取苯酚配成l g 1 溶液，以溴代反滴定法“3 标定。分别称取0 1 0 0 0 9 苦味酸、 0 1 0 0 0 9 邻硝基苯酚、0 1 0 0 0 92 ，4 二硝基苯酚各自配成l o o m l 溶液。 1 2 2 活性污泥的处理 取适量驯化后的活性污泥，在l d 4 2 离心机上离心分离，弃去上清液，将沉 淀用蒸馏水洗三次，然后在冰箱中保存备用。每次吸附实验前都要测定各项污泥 参数，不符合规格( 见表1 ) 的弃去不用。 1 2 3 取样及分析方法 将吸附产物在离心机上以4 0 0 0 转分速率( 分离因数2 3 0 0 9 ) 离心1 分钟， 过滤，取上层清液进行下列处理：苯酚液稀释2 5 倍后以安替比林法“1 于5 1 5 n m ( 最 佳吸收波长) 分析其浓度，苦味酸液稀释l o 倍后于3 6 5 n m 直接测吸光度，2 ，4 一 二硝基苯酚稀释1 0 倍后于3 6 5 n m 直接测吸光度，邻硝基苯酚液以氢氧化钠法直接 在4 4 0 h m 测吸光度。根据测得的吸光度值计算各溶液浓度。 1 2 4 活性污泥对硝基取代酚类有机物吸附性能的研究 用移液管移取2 m l 、5 m l 苯酚储备液，配成两份l o o m l 的溶液，分别加入到装 有l o g 备用污泥( m l s s - l g ) 的两个2 5 0 m l 碘量瓶中，密封，在恒温振荡器中恒温 郑州人学研究生毕业论文 2 0 。c 振荡吸附。每半个小时取样分析( 测定溶液浓度) ，直至测定结果恒定不变( 即