（无机化学专业论文）改性剩余活性污泥对染料吸附性能的研究.pdf

郜俏大学硬士生毕业论文 摘要 本文研究了酸改性活性污泥对各种染料的吸附性能，比较了活性污泥与活性 炭对染料吸附性能的优劣，设计了水杨酸、磺基水杨酸、邻硝基酚、对硝基酚、 2 ，4 一二硝基酚、2 ，4 ，6 一三硝基酚等有机污染物的吸附试验。并根据改性活 性污泥对混和染料的吸附情况，对其吸附机理做出了推测。并由此推测建立假设， 做了酸处理、破碎细胞壁、离子浓度三因素的2 3 析因试验和不同离子及离子浓度 对染料的吸附实验，以求验证机理。初步找到了一种价格低廉、高效广适、环境 友好的染料吸附剂，这种剩余污泥应用方法和同时具有所有这些特点的吸附剂， 尚未见有文献报道。 经过酸的简单改性后，活性污泥对染料的吸附量增大很多。对污泥进行简单 改性，比在吸附时直接降低p h 值可取得更好的吸附效果。改性后剩余污泥对染料 的吸附效果，全面且显著地超过活性炭( 7 8 1 型，- 2 0 0 目) ，对于有的染料吸附 量还超过甚多，尤其对混和染料污泥的吸附效果比活性炭远为优胜。根据对混和 染料的吸附情况，推测吸附除少量物理吸附外，主要是由于染料分子的磺酸基氧 负电荷中心借盐键与一n 地+ 相结合而产生。改性剩余活性污泥对酸性媒介黑t 、 活性红紫x 一2 r 、活性翠兰k n - g 、活性艳红k - 2 b p 、分散黑e x s f 、分散黑g i 、 分散黑o s t 和分散黑e c o 吸附效果也均较好。 改性活性污泥对邻硝基酚的吸附量很大，原因尚不明了。对对硝基酚的吸附 量则很小。对2 ，4 一二硝基酚、2 ，4 ，6 一三硝基酚、水杨酸和磺基水杨酸也可在一 定程度上进行吸附。 2 3 析因试验的结果支持了实验假设，p h 值和离子浓度的交互作用达到极其显 著的程度( f 值达1 0 6 6 2 8 “和1 8 1 1 2 5 ，说明溶液中的阴离子可与染料中相应的 配位基展开配位竞争，使其解吸；在中性或酸性条件下盐度会对染料在污泥上的 吸附产生很大的影响。盐度对吸附的影响，在离子强度较高时，将会部分限制改 性剩余污泥作为脱色剂在染料废水色度去除中的应用。 型丛塑垡笪丝坚 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 fs o m ek i n d so fd y e st o a c i d m o d i f i e da c t i v a t e ds l u d g e t h ec o m p a r i s o no ft h ed y eb i n d i n ge f f e c t b e t w e e na c t i v ec a r b o na n dt h em o d i f i e da c t i v a t e ds l u d g ew a sr e s e a r c h e d t h e a b s o r p t i v ee x p e r i m e n t s o f s a l i c y l i ca c i d ，s u l f o s a l i c y l i c a c i d ， o - n i t r o p h e n o l ，p - n i t r o p h e n o l ，2 ，4 - d i n n r o p h e n o l a n d 2 ，4 ，6 - t r i n i t r o p h e n o l w e r ep e r f o r m e d a n dt h ea b s o r p t i v em e c h a n i s mw a s c o n f e r r e d ，f r o mw h i c hh y p o t h e s i si se s t a b l i s h e d t ot e s tt h eh y p o t h e s i s ， t h e2 3c a u s e a n a l y s i n ge x p e r i m e n t so fa c i d - m o d i f y i n g ，c e l l c r a s h i n ga n d i o n i cc o n c e n t r a t i o na n dt h ee x p e r i m e n t sa b o u tt h er e l a t i o nb e t w e e nt h e a d s o r p t i o nq u a n t i t i e sa n di o n i cc o n c e n t r a t i o nw e r ea l s od e s i g n e d s oa n e f f i c i e n t ，c h e a p ，w i d e l y u s e da n de n v i r o n m e n t a l f r i e n d l y s o r b e n tf o r d y e si sf o u n d s u c has o r b e n tf o rd y e sa n dt h i sm e t h o do fu s i n ga c t i v a t e d s l u d g eh a v e n tb e e nr e p o r t e do nl e a r n e dp e r i o d i c a l s w h e nm o d i f i e dw i t ha c i d ，t h es u r p l u sa c t i v a t e ds l u d g e sa d s o r p t i o n q u a n t i t i e st od y e sa r ei m p r o v e dm u c h a n dt h r o u g hm o d i f y i n gt h ea c t i v a t e d s l u d g ew i t ha c i di na d v a n c e ，am u c hb e t t e re f f e c tc a nb ee x p e c t e dt h a n s i m p l yr e d u c e dt h ep hv a l u ew h e na b s o r b e d t h ec o m p a r i s o no ft h ed y e b i n d i n ge f f e c tb e t w e e na c t i v ec a r b o na n dt h em o d i f i e da c t i v a t e ds l u d g e s h o w e dt h a tt h el a t t e rw a ss u p e r i o rt ot h ef o r m e rn o t a b l yi na l la s p e c t s ， e s p e c i a l l yw h e n i tw a sc o m et ot h e p o l l u t e d w a t e ri n v o l v e ds e v e r a l d i f f e r e n td y e s f r o mt h ea d s o r p t i o np h e n o m e n ai nt h ep o l l u t e dw a t e rw i t h t h em i x e dd y e s ，w ed e d u c e dt h a tt h ea d s o r p t i o ni sp r o b a b l yak i n do f c o m p e t i t i v ei o n i ca d s o r p t i o n ，w h i c hi sb a s e do nt h ec o o r d i n a t i o nb e t w e e n t h eo x y g e nn e g a t i v ec e n t e ro ft h e s & ha n dt h ep o s i t i v ec e n t e ro ft h e n h 3 + t h ea d s o r p t i o nq u a n t i t i e so fm o d i f i e da c t i v a t e ds l u d g et om o r d e n t 2 郑州大学硬士生毕业论文 b l a c kt r e a c t i v er e dv i i o l e tx - 2 r ，r e a c t i v et a r q u o i s eb l u ek - n g ，r e a c t i v e r e dk - 2 b p ，d i s p e r s eb l a c ke x s f ，d i s p e r s eb l a c kg i ，d i s p e r s eb l a c ko s t a n dd i s p e r s eb l a c ke c oa r ea l s oc o m p e t i t i v e t h er e a s o nw h yt h em o d i f i e da c t i v a t e ds l u d g eh a sar e l a t i v eb i g a d s o r p t i o nq u a n t i t i e st oo - n i t r o p h e n o li sa l s oaq u e s t i o n ，a n dt h es a m e t ot h er e a s o nw h yi th a sa ne x c e p t i o n a ls m a l la d s o r p t i o n q u a n t i t i e st o p - n i t r o p h e n o l i n c o m p a r i s o n w i t h o - n i t r o p h e n 0 1 t h ea b s o r p t i v e e x p e r i m e n t so fs a l i c y l i ca c i d ，s u l f o s a l i c y l i ca c i d ，2 ，4 - d i n i t r o p h e n o l a n d2 ，4 ，6 - t r i n i t r o p h e n 0 1s h o w e dt h a tt h em o d i f i e ds l u d g ec a na d s o r bt h e m t os o m ee x t e n t t h er e s u l to ft h e2 c a u s e a n a l y s i n ge x p e r i m e n t su p h e l dt h eh y p o t h e s i s t h ei n t e r a c t i o no fp ha n dt h ei o n i cc o n c e n t r a t i o na c h i e v e dav e r yn o t a b l e d e g r e e ( t h en u m b e r so ffa r e1 0 6 6 2 8 ”a n d1 8 1 1 2 5 ”) ，w h i c ht e l l su st h a t t h ea n i o n si nt h es o l u t i o np a r t i c i p a t ei nt h ec o m p e t i t i o nc o o r d i n a t i o n w i t ht h ec o u n t e r p a r to ft h ed y e sa n dm a k et h ed y e sr e l e a s e df r o mt h es l u d g e w h i c ha l s ot e l l st h a tt h ea n i o n s c o n c e n t r a t i o nw i e l d st r e m e n d o u s i n f l u e n c eo nt h es l u d g e sa d s o r p t i o nt ot h e d y e s a n dw h e nt h et o t a li o n i c c o n c e n t r a t i o ni sq u i t eh i g h ，t h e yw i l ls e tu par e l a t i v e1 i m i tt ot h e s u r p l u sa c t i v a t e ds l u d g e sa b s o r p t i v ee f f e c ta sas o r b e n tf o rd y e s 3 郑她大学疆士生毕业论文 一前言 第一章概论 含染料废水主要来源于染料、染料中间体的生产行业以及印染行业，在染料 及其中间体生产过程中所产生的染料废水，主要由各种产品和中间体结晶的母 液、生产过程中流失的物料及冲刷地面的污水等组成，其色度值极高，且生化处 理效果差。而印染废水的水质则更为复杂，污染物按来源可分为两类：一类来自 纤维原料本身的夹带物；另一类是加工过程中所用的浆料、油剂、染料、化学助 剂等。印染废水的主要特点是色度高，达到5 0 0 5 0 万倍。相对于染料生产废水， 其生化处理性能稍好。但仍不及其它行业废水。因此印染废水处理的重要任务之 一就是进行脱色处理，为此需要研究和选用高效脱色菌、高效脱色混凝剂和有利 于脱色的处理工艺。 此外，因生产的间断运行，故存在着水量水质的波动；对于大量使用还原染 料、硫化染料、冰染料等的废水，其化学絮凝效果相对较差。因此处理工艺要考 虑这些因素，要有一定的适应水量、水质负荷变化的能力。因此，含染料废水的 综合治理，已成为当今国内外急需解决的一大难题。 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使用， 成为应用最广泛的技术之一。随着对活性污泥研究的深入，对它的作用原理有了 更清楚的了解。一般把活性污泥法的作用过程分为三步：附聚、吸附、吸收污水 中的有机物；利用污泥中微生物氧化分解有机物：沉淀分离。真正降解有机物的 是步骤二，但染料由于上述特点，短期内不易降解，用传统的活性污泥法处理效 果较差。因此考虑将活性污泥仅作为一种吸附剂，利用其较强的物理吸附和化学 吸附能力，将染料从污水中吸附于其上，从而沉淀分离。由于常态的活性污泥对 染料吸附能力很小，所以一定要先通过各种途径增加活性污泥对染料的吸附量。 本论文就是通过研究改性的剩余活性污泥对染料的吸附能力、影响因素，试图找 到一种价格低廉、应用简便、能现场再生的染料吸附剂，并对活性污泥吸附染料 4 芒b 州大学礤士生毕业论文 的机理作了探索。 二目前国内外染料废水处理研究现状 从理论上讲，多种物理化学方法和生物方法都可以用于染料废水的脱色处理， 如吸附、絮凝沉淀、离子交换、超滤、渗析、化学氧化、光氧化、电解及生物处 理方法。考虑到工业效率与处理成本，目前工业上常用的方法有絮凝沉淀( 气浮) 、 电解、氧化、吸附、生物降解等方法。 2 1 吸附脱色 吸附法是利用吸附剂如活性炭、硅聚物、高岭土、工业炉渣等吸附废水中染 料的方法。吸附脱色的一个主要优点是通过吸附的作用可将染料从水中去除，同 时保留了染料的结构。不同的吸附剂对染料的吸附有选择性。活性炭作为一种优 良吸附剂早已广泛应用于水处理中，至今仍是有色印染废水的最好吸附剂，活性 炭对染料也具有选择性，其脱色性能顺序依次为碱性染料、直接染料、酸性染料 和硫化染料。活性炭价格昂贵，加之再生困难，因此一般只应用于浓度较低的印 染废水处理或深度处理【1 】。分子筛、活性铝、颗粒活性炭( g h c ) ，硅藻土和锯木 屑可以用作分散性染料1 2 6 0 的吸附剂，但是活性炭去除色度和c o d 的效果最好【2 l 。 吸附剂的最大问题在于难以实现现场再生。s k a r c h e r 研制了一种新型可再生的 吸附剂c u c u r b i t u r i l ，它是由甘脲和甲醛缩聚形成的一种环状缩聚物。经大量实 验表明。该物质无毒并且在钙离子浓度卜1 0 0 毫摩尔升，溶液中盐的总浓度小于 1 0 0 一1 0 0 0 毫摩尔升时，可以得到高的吸附量，残余色度很低。有报道采用离子交 换纤维作吸附剂【3 】，它具有物理吸附和离子交换多种功能。材料星纤维状，比表 面积大，流通阻力小，交换速度快，分割性良好，易于再生，脱色效果亦很好。 如v s - i 型纤维对亚甲基蓝的吸附容量为9 1 0 m g g ，对深红阳离子染料的吸附容量 为8 4 m g g ，吸附饱和后用n a c l 再生，浓液可回用于生产。 2 2 氧化还原脱色 化学氧化法是染料废水脱色的主要方法，是利用臭氧、氯及其含氧化合物等 氧化剂将染料的发色基团氧化破坏而脱色，常采用组合氧化与催化氧化法。借助 氧化还原作用破坏染料的共轭体系或发色基团是印染脱色处理的有效方法。除常 规的氯氧化法外，国内外研究重点主要集中在臭氧氧化、过氧化氢氧化、电解氧 5 郑鲰大学硕士生事监论文 化和光氧化方面。 臭氧是良好的脱色氧化剂，对于含水溶性染料废水如活性、直接、阳离子和 酸性等染料，其脱色率很高；对分散染料也有较好脱色效果；但对其他以悬浮状 态存在于废水中的还原、硫化和涂料，脱色效果较差。臭氧加紫外辐射或同时进 行电离辐射也可提高氧化效率。由于臭氧氧化对染料品种适应性广、脱色效率高， 同时o 。在废水中的还原产物以及过剩魄能迅速在溶液和空气中分解为0 z ，不会对 环境造成二次污染。因此瓯脱色技术具有一定的工业化应用前景。目前具氧氧化 的主要缺点是运行费用相对偏高。 采用0 。一h 。0 。组合法处理染料废水时，h 2 0 。能诱发o 。产生羟基自由基o h ，它氧 化能力强而无选择性，可以通过羟基取代反应转化芳烃环上的发色基团，发生开 环裂解使染料脱色。 美国佛罗里达大学的w z t a n g 教授用铁粉h 2 0 。系统对染料进行脱色试验，结 果表明，当铁粉质量浓度为l g l 、p h 为2 3 、h , o ：浓度为l m m o l l 时，可以取得 极佳的脱色效果；当p h 提高到1 0 时，脱色反应停止“1 。 光催化氧化效率较高，无二次污染，是有前途的一种脱色方法。 美国佛罗里达大学的w z t a n g 教授用u v t i o ：光催化氧化法对水溶液中的染 料进行脱色试验，取得了很好的脱色效果，并发现p h 在3 1 1 之间增加时氧化 速率加快。有人用f e ( ) 一羟基络合物作催化剂进行光解试验，结果表明，f e ( ) 一 草酸盐络合物一溶解氧体系的紫外、可见光光解可产生h ：0 2 及0 h ，破坏染料分子 结构而脱色。光解速率在p h 为3 5 时较大，f e ( 1 1 1 ) 草酸盐( 摩尔比) 为1 6 i 1 2 时脱色效果较好。 武汉纺织工学院曾庆福教授等人较早开展了光化学技术及其在纺织印染废 水处理中的应用研究，应用光激发氧化和光敏化结合，采用新型光催化氧化剂 d c - i ，在均态下通过紫外光照射而发出催化氧化反应，使得氧化速率大大提高， 氧化反应的启动和终止变得简单易行。其设计的一套l o o t 日印染废水光化学脱 色处理装置，处理效果达到国家一级排放标准，本技术及其工业化装置在国际上 的领先水平预计可持续5 - 1 0 年。但光催化剂的光腐蚀损耗及回收困难是影响光 催化氧化应用的主要因素。 高级氧化法脱色被认为是一种很有前途的方法。所谓高级氧化法如u v + h ：0 ，、 u v + o 。，是在氧化过程中产生羟基自由基，以其强氧化性使染料废水脱色“3 。经研 6 郑姐大学硕士生毕业论文 究发现它对偶氮染料的脱色很有效，在实际生产中某些化学辅助剂会提高脱色效 果，而且u v + h 。0 ：方法处理偶氮型活性染料产生的降解产物对环境完全无害。最 近的研究发现二氯三嗪基型偶氮类活性染料使用i + h 2 0 ：方法脱色也有很好的效 果【b o 因此，采用高级氧化法脱色可作为生物处理的预处理。高级氧化法的一个严 重不足之处是处理费用较高，从而限制了它的广泛使用。 2 3 絮凝沉淀( 气浮) 在染料废水中投加铝、铁盐等絮凝剂，使其水解形成带高电荷的羟基化合物， 它们对水中憎水性染料分子如硫化染料、还原染料、分散染料( 如直接耐晒翠蓝 g l 、分散红玉s 一2 gf l 等) 的混凝效果较好，p a c 投加量在1 0 0 1 5 0 m g l 时，即 可取得9 0 以上的脱色效率。而对酸性染料、活性染料，特别是对小分子量、单 偶氮键、含有数个磺酸基的水溶性染料( 如酸性红3 b 、活性红x - 3 b ) 的混凝脱色 效率较差。高价金属盐的电中和作用可降低染料粒子的电位，但取得最佳效 果并不需要降为零。混凝过程的吸附架桥作用是明显的，该过程并不改变染料的 分予结构。硫酸亚铁对带一s o j 、一o h 、- n h ：、一x 等基团的染料分子也具有较好的 混凝脱色效果，这主要是由于f e ”可以与上述基团的未共用电子对发生络合反应 而形成大分子螯合物，降低了水溶性，在染料废水中呈胶体状态，进而通过硫酸 亚铁水解产物的混凝作用被去除。 在含水溶性阴离子染料的废水中投加镁盐，在碱性条件下可形成化学絮凝 。1 。含磺酸基团的染料脱色效果优于含羧酸基团的染料，这些阴离子基团容易成 为氧氧化镁的吸附作用点。如m g ( o h ) ：对活性橙x 一、弱性酸红3 b 均有较好的脱 色作用。p h 对m g ( o h ) 。混凝作用影响较大，一般要求p h i l 。c a ( o h ) 。对镁盐脱 色有协同作用。镁盐对阳离子染料如亚甲基蓝、阳离子红x - g i l 的脱色效果较差。 对含磺酸基团的水溶性染料的生产废水，采用带长支链的阳离子表面活性剂 如2 一十二烷基二甲基氯化胺及十二烷基氯化吡啶作助凝剂，先形成络合物，再以 硫酸铝或p a c 混凝，可获得良好的脱色效果嘲。文献报道，以双氰胺、甲醛和改 性剂在一定酸度下合成的阳离子高分子混凝荆m g 对可溶性阴离子染料亦有很好 的脱色作用，在硫酸铝协同作用下对活性艳红k d - 8 b 、k - 2 b p 、酸性大红g r 、分 散桃红r 3 l 、硫化红棕等均有较好的脱色效果。 文献报道。1 ，新型阳离子聚电解质m 6 s 在对染料的絮凝净化上，对最难处理 7 郑蚋大学硬士生毕业论文 的活性艳红在合适条件下脱色率可达1 0 0 ，比m g 性能更为优异。比利时有用电 絮凝法处理染料废水，在进水色度为8 万倍、c o d 为5 0 0 0 m g l 时，脱色率可达 8 0 ，c o d 去除率为4 0 ，而且还可以提高废水的可生化性。 天然有机高分子絮凝剂由于原料来源广泛，价格低廉，无毒，易于生物降解 等特点显示了良好的应用前景。用于印染废水处理的天然高分子絮凝剂主要有天 然淀粉及其衍生物、木质素衍生物、甲壳素衍生物等三大类。废水处理中大部分 微细颗粒和胶体都带有负电荷，为了提高淀粉和木质素分子对这些小分子物质的 作用能力，进行阳离子改性是一个重要研究方向，阳离子离子化淀粉和木质素可 以用于处理阳离子染料、直接染料和酸性染料废水，脱色率均超过9 0 o “。 合成的有机高分子絮凝剂分子量高，分子链中所带的活性官能团多，因此在 水中的伸展度大，絮凝性能好，用量少，p h 范围广，同时在过滤、脱水等固液分 离操作方面都具有优越的性能。目前应用效果最好的是高分子絮凝剂p a n _ _ d c d ， 它是以聚丙烯腈为主链，用二氰二胺在碱性条件下进行侧链改性，使之变为水溶 性的、带多种活性基团的两性聚电解质。p a n _ - d c d 对中性染料、活性染料、酸性 染料的脱色效果良好，脱色率均达9 0 以上，对印染废水兼有脱色和去除c o d 的 双重效果，若与聚合铝复合使用，去除效果更佳，最高c 0 1 ) 去除率为6 3 。另一 类值得注意的脱色剂是近几年出现的双氰胺甲醛缩聚物，它对于印染废水具有优 异的脱色效果，但是投加量大会提高处理成本。 2 3 电化学法 采用石墨、钛板等作极板，以n a c i 、n a ：s o 。或水中原有盐分作导电介质，对 染料废水通电电解，阳极产生o ：或c l ：，阴极产生h ：，新生态氧或n a c i o 的氧化 作用及h 2 的还原作用破坏了染料分子结构而脱色，此法属于电解法。以f e 、a 1 作阳极，由电极反应产生f e “及a 1 3 + ，其水解产物形成凝絮，通过对染料分子的 氧化还原及粘附作用而脱色，絮体由阴极产生的h 2 浮上，此法属于电气浮法。这 两种方法对含一s o - a 基团及n = n 双键的可溶性酸性染料、活性染料均有良好的脱色 作用。如在废水中投加阻离予高分子化合物，使与阴离子染料分子先形成络合物， 并采用混凝法去除胶体态不溶性染料物质，后续处理再用电解或电气浮法针对可 溶性染料完成氧化脱色，则可节省电能，此方法为混凝一电解法或混凝一电气浮法， 根据小试成果，当废水中以纳夫妥为主的混合染料的质量浓度为1 5 4 m g l 时，耗 电仅为0 1 5 0 2 k w h 岔。 释州大学硕士生毕业论文 比利时有报道称用电絮凝法处理染料废水“，在脱色和c o d 去除方面均取得 良好效果，在进水色度为8 万倍、c o d 为5 0 0 0 m g l 时，脱色率为8 0 ，c o d 去除 率为4 0 。该法可提高废水的可生化性。 微电池法是将铸铁屑作为滤料，使染料废水浸没或通过，利用f e 和f e c 与溶 液的电位差，产生电极效应。电极反应产物新生态h 有较高的化学活性，能与染 料废水中的多种组分发生氧化还原反应，破坏染料的发色结构“”。微电池中阳极 产生新生态f e ”，其水解产物的凝絮具有较强的吸附能力。试验表明，该法在强 酸性条件下对含蒽醌类和多偶氮染料的混合废水盼平均脱色率达8 2 。 2 4 其它的脱色处理技术及脱色新技术 除上述脱色方法外，国内外对离子交换脱色、超滤膜脱色及生物脱色技术 也进行了一定的研究。其中，对常规方法难以脱色的水溶性染料采用离子交换的 方法处理，取得一定的进展。其研究集中在离子交换树脂和离子交换脱色纤维的 开发研制两个方面。对于微溶性染料和分子量较大的染料组份可以采用超滤或反 渗透技术进行脱色处理，但考虑到经济可行性，目前超滤技术多用于高浓度染料 及染色废水处理，尤其是对不溶性染料的回收利用。 国外对臭氧一紫外法、臭氧一红外法、臭氧一生化法、湿式空气氧化法、萃取 法、y 射线辐射法等染料脱色新技术韵研究也有相当进展。其中y 射线辐射可 加强后续混凝处理效果，大大提高对阳离子染料的去除率。 在脱色絮凝剂方面，近年来开发了锌螯聚电解质聚集剂z b - i i 、z b - i t 及 c e l f l o c - 3 9 t 5 “”等商效混凝剂。在提高生物方法脱色率方面，近年来着眼于培养 新菌种，发现假单胞细菌、浮游球衣菌、节杆菌、枯草菌、氧化酵母菌等微生物 对偶氮染料脱色降解有相当的效果。 2 5 问题及其发展趋势 到目前为止，各种脱色方法从经济性、技术性、对环境影响和实用性考虑都 有一定的缺陷。吸附脱色具有只吸附染料，但不破坏其结构的特点，但目前使用 的吸附剂往往存在吸附量不够，或再生不容易的缺点。开发高效便宜的吸附剂是 吸附法的研究方向。高级氧化法脱色被认为是一种很有前途的方法，但其昂贵的 价格成为制约其广泛应用的重要原因。一些传统的氧化方法如n a c i o 、h 。仉、臭氧 和紫外氧化等证明对废水脱色并不有效，采用强化物理化学与酶催化降解的方法 可能将有非常广阔的应用前景。染料废水的脱色处理，由于经济等各方面的原因 郑州大学强士生毕避论文 采用单一方法往往不能达到处理要求。此外，染料废水处理除色度外还包括s s 、 c o d 、b o d 等多项指标要求。因此，酌情采用以上各种方法的组合是完全必要的。 三本研究的主要内容 由上节文献综述可知，开发高效便宜的吸附剂是吸附脱色法的研究方向。国 内外的研究者也为此尝试了各种方法，z t a r i y ea k s u 曾研究了于污泥上活性染料 的吸附平衡和动力学模型“。z u m r i y ea k s u 研究过染料在酵母菌上的生物吸附 o ”。k o n d u r ur r a m a k r i s h n a 和t v i r a r a g h a v a n 发现斑脱土和飞尘对在合适的 条件下对染料的去除效果好于活性炭“。本文的目的也在于通过对剩余活性污泥 性质的改变，将其改造成种高效的脱色吸附剂。 迄今为止，人们对废水处理过程中产生的大量剩余活性污泥的再利用还十分 有限，不仅使得产生的二次污染问题难以根治，而且也是对资源的浪费。众所周 知，剩余活性污泥所含的大量生物活性物质不仅仍具有降解有机物的能力，其本 身作为吸附材料，也可有效地从水体中将重金属离子“”、难降解有机污染物如硝 基酚、氯酚等通过化学吸附除去。但将原污泥作为有机污染物的吸附剂，其吸附 量较小。本课题组研究了剩余活性污泥对硝基酚类有机物和部分染料的吸附“”， 结果表明原始剩余污泥对苯酚和2 ，4 - - - - - 硝基酚的吸附量只有2 5 m g g ，对活性艳 红x _ 3 b 的吸附量为1 踟l g g ，酸性湖兰a 的吸附盛也只有3 5m g g 。从其研究 可以看出，活性污泥作为吸附剂，具有一定利用价值，但由于其吸附量太小，一 方面和其它吸附剂相比不具有明显优势，另一方面使被吸附物的回收变得很不经 济，从而原始剩余活性污泥作为吸附剂没有多大的实际意义。本文以改交剩余污 泥性质，增大其对有机污染物或染料的吸附量为出发点，以求得最大限度的用好 剩余活性污泥这一生物质资源，开发高效廉价的染料吸附剂。经过大量的污泥改 性实验后，发现简单的进行酸改性，就能使活性污泥高效广适地吸附各种染料， 对活性艳红x - 3 b 的吸附量达到6 0 m g g ，酸性湖兰a 的吸附量达到8 1m g g 。吸 附量提高十数倍，使其作为吸附荆的实际推广使用成为可能。通过优化对活性污 泥简单改性的方法后，对水中单一和混合染料的吸附，取得了全面优于活性炭的 效果，从而找到了一种价格低廉、来源广泛的染料去除剂。为染料废水的处理建 立了一种新的方法。而这种经合适浓度酸改性的剩余活性污泥对含染料废水的吸 l o 释柑 大学硬士生毕业论文 附研究与应用，未见有文献报道。 通过实验，得到以下结论：以0 4 0 6 m o l l 的h c i ，按固液比为1 1 8 ( 1 1 4 的固液比搅拌有困难) 慢速搅拌处理污泥2 h 的改性条件较为优胜：根据污泥对 混和染料废水的吸附情况推测吸附主要是化学吸附：和活性炭相比，改性的剩余 活性污泥对染料的吸附速度更快、能力更强、效果更好，尤其对混和染料废水能 取得更好的效果。改性剩余活性污泥对酸性媒介黑t 、活性红紫x 一2 r 等多种染 料都有相当大的吸附量，也能在一定程度上吸附硝基取代酚等有机污染物。发现 这种吸附主要是微生物的细胞外机制；在中性或酸性条件下盐度会对染料在污泥 上的吸附产生很大的影响。 参考文献 1 h a g e rd g ，i n d u s t r i a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tb yg r a n u l a ra c t i v a t e d c a r b o n ，a i l l d y e s t u f fr e p o r t e r ，1 9 9 8 ，6 2 ( 1 1 ) ：6 9 7 5 2 l i n ，s h e n gh ，j c h e m t e c h n 0 1 b i o t e c h n 0 1 ，1 9 9 3 ，5 8 ( 2 ) ：1 5 9 - 1 6 3 3 陈欣光等，离子交换纤维用于阳离子印染废水脱色的治理技术 j 工 业水处理，1 9 8 9 ，9 ( 4 ) ：1 3 ，2 7 2 8 4 w z t a n ga n dr z c h e n d e c o l o r i z a t i o nk i n e t i c sa n dm e c h a n i s m s o fc o m m e r c i a l d y e sb yh y d r o g e np e r o x i d e i r o n p o w d e r s y s t e m j c h e m o s p h e r e ，1 9 9 6 ，32 ( 5 9 ) ：9 4 7 9 5 8 ( 5 t a k a h a s h in o b u y u k ie ta 1 ，k o g y oy o u s i ，1 9 8 2 ，( 2 8 5 ) ：1 0 1 6 6 j a p a na t o m i ce n e r g yr e s e a r c hi n s t i t u t e ，j a p a n ，k o k a i8 08 4 5 8 9 7 秦蓁，乌锡康镁盐对水溶性阴离子染料废水的脱色研究 j 中国环 境科学，1 9 9 4 ，1 4 ( 5 ) ：3 5 9 3 6 0 8 张林生，b o o b i a s 染料废水综合混凝一电气浮脱色处理 j 给水排 水，1 9 9 3 ，( 6 ) ；2 2 2 6 9 陈翠桢，李卓美，张雪馨m g s 对活性艳红x 一3 b 絮凝作用的研究环境 工程1 9 9 5 ，1 3 ( 3 ) ：1 6 1 9 1 0 管锡君，翁飞，亚铁盐混凝处理水的”泛黄”问题，环境科学，1 9 9 0 ， 1 l ( 3 ) ：3 8 - 4 0 邦热大学硬生毕业论文 1 1 l d a n i l i u c p e r f o r m a n c ea n de c o n o m i ca s p e c t so ft h et r e a t m e n t o fe f f l u e n t sb ye l e c t r o f l o c c u l a t i o nu s i n gt h ed e q u a f l o xp r o c e s s t r i b u n e d el e a n ( i nf r e n c h ) ，1 9 9 5 ，4 8 ( 5 7 6 ) ：3 7 3 9 1 2 赵永才等微电解法脱除水溶性染料废水色度的研究f j 环境污染与 防治，1 9 9 4 ，1 6 ( 1 1 ) ：1 8 2 1 1 3 c o l f l o ce n t f a r b u n g s - c h e m i c a l f u rf a r b s t o f f i n h a l f i g e a b w a s s e r c i ba g e i g yb e s o n d e r em a r k m a l e9 1 1 1 1 4 z t h n r i y ea k s u b i o s o r p t i o no fr e a c t i v ed y e sb yd r i e da c t i v a t e d s l u d g e ：e q u i l i b r i u ma n dk i n e t i cm o d e l l i n g b i o c h e m i c a le n g i n e e r i n g 7 0 u r n a l7 ( 2 0 0 1 ) 7 9 8 4 1 5 z u i 【i r i y ea k s u ；g o n u ld o n n l e z ac o m p a r a t i v es t u d yo nt h e b i o s o r p t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fs o m ey e a s t sf o rr e m a z o lb l u er e a c t i v ed y e c h e m o s p h e r e5 0 ( 2 0 0 3 ) 1 0 7 5 1 0 8 3 1 6 k o n d u r ur r a m a k r i s h n at v i r a r a g h a v a n d y er e m o v a lu s i n gl o wc o s t a d s o r b e n t sw a r s c i t e c h 1 9 9 7 ，v 0 1 3 6 ，n o 2 - 3 p p 1 8 9 1 9 6 1 7 黄彩海，杨丽娟等，用剩余活性污泥处理含铬( v 1 ) 废水的实验研究西 北建筑工程学院学报，1 9 9 4 ，n o 1 。p p 6 6 7 1 1 8 何占航，张哲，肖芳剩余活性污泥对硝基酚类有机物吸附性能的研究 环境保护，2 0 0 2 ，n o 2 9 6 ，p p 3 4 3 5 郑州_ 走学硬士生毕业论文 第二章活性污泥的改性条件、与活性炭吸附性能的比较及对几 种染料的吸附情况 染料不太可能在短期好氧条件下被降解，并且对微生物的生长起抑制作用。为探 索用活性污泥吸附处理染色废水的方法，开发高效便宜的吸附剂，本章研究了对剩余活 性污泥的改性方法，优化了酸改性的条件，研究了改性污泥对几种染料的吸附性能，并 和活性炭做了比较。所有实验皆在常温下进行，因为处理废水时往往水量极大，要升温 极不经济，室温下的吸附才有现实意义。 一材料与方法 1 i 供试剩余活性污泥 污泥由郑州市燕庄城市污水处理厂提供，是一种厌氧与好氧污泥相混脱水后的样 品。称取湿污泥1 0 0 克，每次用1 5 0 m l 蒸馏水洗涤，在t l - 6 0 台式离心机上以1 8 0 0 转分的速率离心5 m i n 。共洗涤三次，洗净并脱水后的污泥含水率7 6 ，挥发份占8 。 置于冰箱中备用。 1 2 实验步骤 1 2 1 经过大量的用各种浓度的不同碱、酸、盐、热、冷冻等先期污泥改性实验 后，发现用酸改性效果最好。做两组实验，验证是否仅是吸附时降低的p h 值在起作用。 用0 5 m o l l 的硫酸处理污泥，慢速搅拌4 小时，在t 卜6 0 台式离心机上以1 8 0 0 转 分的速率离心5 m i n ，测其含水率。以0 3 9 干污泥当量为标准，分别取上述污泥和原备 用污泥，用以处理5 0 m l 浓度分别为l o o m g 1 和浓度为2 0 0 m g l 的活性艳红x 一3 b ( 混合 后溶液p h 值都约为3 ) ，慢速搅拌1 0 分钟，静置3 0 分钟，再在l d z 4 0 8 型离心机上 以2 5 0 0 转分的速率离心i 分钟，测上清液吸光度，分别计算吸附量。其中原污泥的吸 郑她大学硬士生毕业论文 附溶液用2 m o l l 的硫酸调节到p h 值和硫酸处理污泥吸附溶液的p h 值相同才开始计时。 1 2 2 分别用0 2 m o l l 的硫酸、0 4 m o l l 的盐酸和0 2 m o l l 的磷酸处理污泥， 慢速搅拌4 小时，在t l - 6 0 台式离心机上以1 8 0 0 转分的速率离心5 m i n ，分别测其含 水率。以0 3 9 干污泥当量为标准，每种分别用以处理浓度为l o o m g 1 和浓度为2 0 0 m g 1 的活性艳红x - 3 b 各5 0 m l ( 混合后溶液p h 值都约为3 ) ，慢速搅拌l o 分钟，静置3 0 分钟， 再在l d z 4 一o 8 型离心机上以2 5 0 0 转分的速率离心1 分钟，测上清液吸光度，分别计 算吸附量。 1 2 3 取5 0 m l 浓度为l o o m g l 的活性艳红x 一3 b ，加入一定量的活性污泥( 干重 0 1 5 9 ) ，以l m o l l 的h c i 调节p h 值，搅拌1 h ，静置2 0 m i n ，令其达到吸附平衡。在 l d z 4 0 8 型离心机上以2 5 0 0 转分的速率离心两分钟，测上清液吸光度，再以f l ：g i 酸度计测其p h 值。计算不同p h 值下的吸附量和去除率。 l ，2 4 慢速搅拌污泥改性选取一定量污泥，于一定时间下用盐酸进行酸化处 理。并选择可能影响改性效果的三个因子进行三水平正交，分别是： ah c l 浓度a l = 0 2 m o l 1a 2 = 0 4 m o l 1a 3 = o 6 m o l 1 b 反应时间b l = 2 h b 2 = 4 hb 3 = 6 h c 固液比c 1 = 1 1 4c 2 = 1 1 8 c f l 2 2 处理后的污泥离心，测含水率。以折0 1 5 9 干污泥为标准，进行吸附实验。被吸 附溶液为2 0 0 r a g 1 的活性艳红8 0 m l 。搅拌分散后，调整a 。水平下的混合液的p h 值使其 为3 0 ( 系由1 2 3 结果来) 。吸附1 5 m i n ，再静置3 0 m i n ，在九= 5 3 0 n m ，以h 。0 为参比 测其吸光度，考虑稀释效应后，以去除率为指标考察其效果。 1 2 5 改性剩余污泥对单一染料的吸附 按从1 2 4 中选取的优化条件处理剩余污泥。以0 1 5 9 干污泥