固定化活性污泥在污水处理中的应用.doc

固定化活性污泥在污水处理中的应用摘要：固定化微生物技术作为新的技术方法，是当今生物工程领域中一个十分活跃的研究方向。它已在生物医学、环保、冶金、农业增产等方面得到越来越多的应用。本文介绍了固定化活性污泥在污水处理中的应用研究进展，重点介绍了固定化活性污泥对氨氮废水和重金属离子的作用。关键词：固定化活性污泥；污水处理；重金属离子；氨氮废水Immobilized Activated Sludge in Wastewater TreatmentZHU Bing（2010116104）Tutor:ZHU JunAbstract：as a new technical methods , immobilized microorganism is a very active research in the field of biological engineering . It has been used in more and more fields suchthe biomedical , environmental protection , metallurgy , agricultural production and other aspects of applications . This article describes the application progress of immobilized activated sludge in wastewater treatment . Highlights of the application of immobilized activated sludge on ammonia-nitrogen wastewater and heavy metal ions .Keyword：Immobilized Activated Sludge；Sewage Treatment；heavy metal ion；ammonia-nitrogen wastewater 1前言活性污泥可有效的去除水中的氮、重金属离子、磷等污染物，降低水中营养物质的浓度，治理水体富营养化。但是活性污泥脱氮除磷去离子的性能容易受到pH、温度等因素的影响，固定化微生物技术可有效的提高被固定微生物的活性和抗干扰能力，且固液分离容易。与传统的生物处理法相比，固定化活性污泥具有能保持高效菌种、生物浓度高、反应速度快、操作稳定、产泥量少、固液分离简单等特点，且对有毒物质的承受能力和降解能力明显增强，所以近年在污水处理中得到广泛的应用和研究。同时也获得了令人鼓舞的研究成果。固定化微生物技术在化工、医药等行业的成功应用，引起了许多学者对活性污泥固定化的重视。2固定化活性污泥处理氨氮废水 氨氮废水主要来源于化工、冶金、钢铁等企业，农药过度使用，排放大量生活污水进入大小水体，使水质急剧恶化。其中氨氮主要以铵盐NH。OH的形式存在于废水中，氨氮废水中的NH3一N是一种不稳定的物质，在微生物作用下会发生硝化反应，生成的N02-是一种致癌物质，还可引起胎儿畸形和破坏血液结合氧的能力。固定化活性污泥法处理氨氮废水，利用亚硝酸菌和硝酸菌动力学特性上存在的固有差异，采用控制温度、溶解氧浓度、pH值、氨负荷及泥龄等对两类菌生长产生不同影响的微生物生命的因素来实现。由于具有降低能耗、节省碳源、减少污泥生成量、反应器容积小及占地面积小等优点，越来越受到人们普遍关注。2.1处理的效果郝瑞刚等1研究了以聚乙烯醇CPVtO为骨架载体。添加适量的添加剂，利用活性炭吸附硝化细菌。采用包埋法制作固定化硝化小球，去除水中氨氮的方法。通过实验寻找出最优的实验条件，氨氮去除率最大可达到978。尤勇军等2采用PVA冷冻一解冻法固定传统活性污泥，用无机硝化菌培养基对其进行活性恢复和驯化培养。用该法制备的固定化活性污泥颗粒在三相流化床中处理氨氮废水，结果表明：固定化活性污泥颗粒可处理低浓度氨氮废水，当氨氮浓度为60 mg/L左右，固定化颗粒填充率9，水力停留时间8 h，COD为400 ms/L时，NH4+一N去除率达825以上。李辉华等3采用聚乙烯醇硼酸包埋固定化法，包埋固定驯化过的活性污泥，制成固定化活性污泥颗粒；以流化床作为生物反应器，对人工配制的含氮废水进行处理实验。结果表明，固定化活性污泥对氨氮的降解速率达32.5mg/g(MLSS)d，而悬浮活性污泥对氨氮的降解速率为18.3mg/g(MLSS)d。李谷等4用硝化细菌富集培养塞摇床驯化污泥，选用聚乙烯醉(PVA)作为包理载体，添加适量粉末活性炭及海藻酸钠包埋固定硝化污泥，做成球形固定化活性污泥，驯化后去除废水中的氨氮。结果表明，12周富集驯化培养，硝化细菌从13MPN/mL增至5.61010MPN/mL;以载体PVA浓度为8 %制备的固定化小球，在饱和硼酸溶液10固18h后，具有成球容易、硬度适中、弹性好、不易破碎等特点;应用球形固定化活性污泥，在28,120 rpm条件下，摇床处理处理经混凝沉淀后的养殖废水12h ，CODCr去除率达74.2 %， NH4一N去除率达82.7 %。2.2处理效果的影响因素2.2.1 温度生物硝化反应在445内均可以进行，适宜温度为2035。温度为35以上NH4+-N去除率较低，是由于温度升高使微生物蛋白质变性逐渐失活、致使硝化速率变低的结果。低于15硝化速率将降低，反硝化菌基本处于停滞状态，活性污泥中硝酸菌活性受到抑制，出现亚硝酸盐积累。一般来说 硝化细菌繁殖速率较低 在低温条件下繁殖速率更低 适合硝化细菌生长繁殖的温度在2535范围内对于固定化硝化菌而言在1635范围内去除氨氮 效果较好。郝瑞刚等的研究中，。30左右条件下硝酸菌和反硝化细菌较为活跃，有利于硝化菌的增殖，因此污水中NH4+-N降解速率较高，达到83.1。聂荣等5研究中，以海藻酸为载体固定活性污泥，结果也是在30时CA球对磷酸盐、氨氮的去除率达到最高，接近90%。2.2.2 氨氮浓度过高的氨氮浓度会增加系统的负担，去除效果较差。郝瑞刚等得到的最适浓渡定在100 mgL，太高会抑制硝化细菌和反硝化细菌的生长，太低又不足以满足最适的碳氮比，效果均不好。最适浓度在100 mgL左右时，氨氮去除率达到792。2.2.3 pH值要保持固定化活性污泥较高的硝化性能，就有必要在硝化反应中维持足够的碱度，当pH值超出其适宜的范围时，氨氮降解速率下降。在郝瑞刚等的研究中，硝化反应的最适pH为8.09.0，而反硝化最适pH在6.57.5，所以硝化和反硝化过程最适pH选在7.58.4左右。李辉华等的研究中，当pH=7.5时，固定化活性污泥降解氨氮的速率可达32.5mg/g（MLSS)d。在pH值为6.59.5范围内，固定化活性污泥颗粒硝化活性均较高。2.2.4 其他因素水力停留时间、氨氮浓度、盐度、氨氮负荷、COD/TN比等也会影响固定化污泥的处理效果。3固定化活性污泥去重金属离子重金属废水是一类对生态系统危害极大的污染源。目前，含重金属离子废水的处理方法主要是物理化学法，如化学沉淀法、离子交换法、活性炭吸附法、电化学法等。这些方法普遍存在对低浓度废水处理效果不明显、成本偏高、容易造成二次污染等问题。活性污泥是一种良好的生物吸附材料，具有吸附容量大、效率高、选择性较好、pH值和温度的适用范围广等优点利用其去除废水中的重金属离子，不仅能得到较好的处理效果，而且能使剩余污泥得到充分利用。悬浮状的微生物在用于吸附废水中的重金属离子时，虽然具有比表面积大、传质阻力小、吸附效果好等优点，但其机械强度低、固液分离困难的缺点大大限制了其在处理重金属废水领域的运用。而采用细胞固定化技术则解决了这一困难，它具有生物量大、机械强度高、固液分离容易等优点，并可制成各种类型的反应器，实现连续运行。3.1处理效果活性污泥絮凝体是由微生物有机体、有机聚合物、胶体、矿物颗粒和金属离子等组成的一个复杂体系。组成上的多样性决定了活性污泥对重金属离子的吸附存在多种方式，这些方式主要有：表面有机络合、离子交换、微生物代谢主动吸收以及氧化还原和无机微沉淀等。孔祥宇等6以聚乙烯醇和海藻酸钠为主要包埋介质，对活性污泥进行固定化处理。本文讨论了固定化活性污泥球对城市景观水体中浓度较高的Cu、Pb、Fe、Zn四种重金属的吸附，以及在不同环境条件下对其的处理能力。结果表明，pH值为8时吸附量最大，静置吸附时间4h可达4050，达到地表水环境质量标准。涂勇等7研究了固定化细胞填充柱对各种金属离子的吸附特性和选择性，固定化活性柯泥对Cu2+离子的吸附性酲明显高于Cd2+和Zn2+。3.2性污泥吸附的影响因素3.2.1 pHpH值是影响活性污泥吸附重金属离子的一个重要因素，一般对于以正价态形式存在于溶液中的重金属离子来说，过高或过低的pH值都不利于活性污泥对其吸附，pH值过低，大量的H+占据着吸附位点，阻碍了活性污泥与重金属离子的结合，进而导致吸附量的降低；pH值过高，大量的OH一会导致金属离子形成氢氧化物沉淀而难以被吸附8。而对于以负价态存在于水溶液中的重金属离子如六价铬，在水溶液中是以HCrO4和Cr042的形态存在，降低pH值有利于其被活性污泥吸附9。活性污泥对重金属离子的吸附存在一个最佳pH值，但不同活性污泥和重金属离子对应的最佳pH值并不相同，这可能是由于各种微生物体吸附重金属离子的最佳pH值不同，而活性污泥是各种微生物及其内含物组成的复合体系各类型微生物的含量具有不确定性，这就决定了活性污泥吸附重金属离子的最佳pH值因活性污泥和重金属离子的改变而不同。3.2.2 温度温度对活性污泥吸附重金属离子的影响因活性污泥和重金属离子的不同而不同。涂勇等人的研究表明固定化活性污泥随着温度的升高，对Cu2+的吸附量会略有增加。固定化活性污泥的传质阻力大，温度升高能活化离子、提高离子扩散运动速度，有利于平衡向吸附方向移动。尽管如此活性污泥吸附重金属离子的量随温度的变化很小。3.3.3 时间活性污泥吸附重金属离子过程一般分为2个阶段：快速吸附阶段和慢速吸附阶段。前一阶段主要是重金属离子与活性污泥微生物细胞表面迅速结合，这一阶段所吸附的重金属离子占整个吸附过程的绝大部分。第二阶段主要是重金属离子通过传质作用向污泥颗粒内部传输。程东祥等人在25时，取2 g固定包埋量的小球加入到盛有20 mLl00 mg/L Pb2+溶液的50 mL玻璃瓶中，在5，15，30，45，60，75，90，105，120，135，150，165，180 min下，进行静态吸附实验。结果在30 min时间内，活性污泥、藻类和复合物快速吸附Pb2+，之后吸附速率降低，在60 min时复合物和藻类吸附达到平衡，吸附率分别在96.3和97.0，活性污泥在125 min后达到吸附平衡，吸附率为87.0。重金属离子从颗粒污泥表面扩散到核内被吸附需要一定的时间，固定化活性污泥吸附速度比普通活性污泥要慢。3.3.4 金属离子浓度活性污泥吸附固定重金属离子的位点是有限的，而且位点固定重金属离子的能力也有差别。各位点是否能固定重金属离子与溶液中金属离子的浓度有关。在离子浓度较低时，固定能力差的位点无法吸附溶中的重金属离子，而在较高浓度时，那些吸附能力差的位点也会吸附重金属离子，但此时溶液中金属离子的增加量远大于发挥作用的吸附位点的增加量。程东祥等人的研究表明Pb2+在500 mgL时固定活性污泥吸附率达到了902，之后下降较快，这是由物质的吸附能力决定的，一定量的藻类和活性污泥对目标重金属离子的吸附能力存在最大值，超过该值，该物质就无法承受。3.3.5 其他因素污泥的种类、污泥的预处理、溶液中存在其它金属离子、离子间的竞争吸附、活性污泥的粒径以及吸附剂的选择等也都有可能影响到吸附效果。4结语固定化活性污泥在污水处理的各个方面已经得到较好的研究和应用。但愿在不久的将来经过不断的研究和技术革新，固定化活性污泥能解决更多的污水处理的难题。参考文献1郝瑞刚，梁美生，耿振香.固定化活性污泥法处理氨氮废水的研究.河北化工，2009,32（10）：1011，31.2尤勇军，安立超，潘伯宁，等.固定化活性污泥去除氨氮废水.污染防治技术，2003,16（4）：4547.3李辉华，朱学宝，谭洪新，等.闭合循环系统中固定化活性污泥降解氨氮的研究.环境科学与技术，2005,28（1）：1618.4李谷，黄正，范玮，等.固定化硝化活性污泥去除高密度养殖废水中氨氮的研究.5聂荣，翟建平，吕慧峰.固定化污泥处理废水研究.工业水处理，2007,27（11）：5861.6孔祥宇，罗丽，赵云云，等.固定化活性污泥对景观水中重金属的吸附试验研究.技术与市场，2010，17(1)：1718.7涂勇，张洪玲.固定化活性污泥吸附重金属离子的试验研究.环境科学与技术，2004，27(6)：26，43.8 WU Hai suo，Zhang Ai qiang，WANG Lian shengImmobilizationstudy of biosorption