活性污泥对污水中有机物的吸附性能研究

李璐

摘      要：研究了活性污泥对废水中有机物的吸附效果，并以废水中COD的浓度为考察指标，对活性污泥吸附水中有机物影响的因素进行了探讨。结果表明：活性污泥对废水中的有机物的吸附效果较好，以生物吸附为主;同时，对pH为8、温度为30 ℃的模拟废水，以4 000 mg/L的污泥的浓度对废水中的有机物吸附14 h，废水中的COD的去除率可达91.6%。

关  键  词：活性污泥;有机物;吸附

中图分类号：TQ016      文献标识码：      文章编号：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隨着我国工业技术的快速发展，人们的生活水平也越来越好，水资源环境污染程度也越来越严重[1]。生活污水中污染物主要来源于人们日常生活中洗涤水、人类排泄物、生产活动中产生的废弃物以及动植物残片等，其中主要含油一些微生物、油脂、尿素和脂肪等一些物质，同时含有大量的表面活性剂和挥发性有机物。这些物质使得生活污水还含有较为难闻的气味，若不经过合理的处理，会污染环境，同时大量的有机物的存在，不仅增加了污水的处理难度，同样影响了周边的自然环境，对含有有机物的生活污水进行合理有效的处理，是目前相当重要的任务[2，3]。吸附属于一种传质过程，物质内部的分子和周围分子有互相吸引的引力，但物质表面的分子，其中相对物质外部的作用力没有充分发挥，所以固体物质的表面可以吸附其他的物质，在表面积很大的情况下，这种吸附力能产生很大的作用。在固体物质表面积蓄的组分，即被吸附的物质称为吸附质，能在表面吸附物质而降低自身表面能的固体物质成为吸附剂[4]。近些年，利用污泥吸附法去除污水中的有机物被广泛研究，常用的污泥有活性污泥、厌氧污泥和硝化污泥[4-7]。活性污泥法作为污水处理常用的一种技术，被广泛应用于城市生活污水的处理上[8]。活性污泥一般呈絮状，含有大量的微生物群体。活性污泥吸附有机物主要是因为污泥絮凝体具有较强的亲水性，属于极性物质，其絮凝体上的菌胶团对污水中的有机物有较强的吸附性能，当污水中的污染物质和活性污泥混合时，有机物即被吸附;同时，活性污泥中的微生物会利用自身的条件将有机物合成细胞，不仅能实现自身的增长，还可以去除水中的有机物[9-11]。

本文主要根据前面学者的研究内容，进一步探讨了活性污泥与失活污泥对有机废水中有机物的吸附性能研究，并研究了污泥对有机物的吸附影响条件，探讨了吸附机理，为废水中有机物的去除提供了一些新的见解与思路。

1  实验部分

1.1  实验材料

1.1.1  活性污泥与失活污泥

本实验所用到的活性污泥取自生活污水处理厂的接触氧化池，为絮状活性污泥，呈棕褐色。将活性污泥利用蒸馏水清洗，再对其进行曝气12 h，对混合液离心分离，去除上清液，再对离心后的沉淀物进行清洗，最后放置在冰箱内进行保存使用。失活污泥将活性污泥在高温高压下进行处理而得到的。

1.1.2  实验用水

本实验采用的有机物废水为模拟废水，废水的COD值为700～750 mg/L。

1.2  实验方法

1.2.1  活性污泥的吸附性能研究

将活性污泥与200 mL模拟废水混合，调节活性污泥的浓度，模拟废水的pH值，将锥形瓶利用封口膜进行密封处理，然后将其放入恒温摇床内进行吸附反应，反应一段时间后取样处理，测定废液的COD值。吸附率的计算：

1.2.2  分析测定方法

模拟废水中COD的测定按照GB 11914-89方法测定，活性污泥的SEM采用

2  结果与讨论

2.1  活性污泥的分析

本实验所用的活性污泥时絮状的颗粒物，呈棕褐色，粘性较大，细菌种类繁多，含水率高，pH在7左右。同时该活性污泥的粒径较小，整体表面不光滑。利用扫描电镜分析发现（图1），该活性污泥主要呈片层状结构，同时具有类孔结构，主要是污泥表面的空隙分布比较明显，增大了活性污泥的比表面积，有利于活性污泥的吸附。

2.2  活性污泥对污水有机物的吸附研究

将活性污泥与失活污泥作为吸附剂，模拟废水作为吸附质，在污泥浓度为3 000 mg/L，pH为7，温度为30 ℃的条件下，研究了随时间的变化，活性污泥与失活污泥对废水中有机物的吸附情况，并以废水中的COD浓度为考察指标，测得废水的COD浓度。实验结果如图2所示。

由图2可以看出，废水中的COD浓度随着吸附时间的增长而逐渐降低，最后趋于稳定，达到平衡态。活性污泥作为吸附剂对废水中的有机物进行吸附时，可以看出，反应前期吸附效果较佳，在9 h左右，废水中的COD浓度趋于稳定平衡，此时COD的去除率为80.24%。而失活污泥作为吸附剂吸附废水中的有机物时，在吸附14 h左右趋于平衡，且废水中的COD的去除率为69.2%，产生这一现象的原因可能是因为活性污泥具有粘性表层和生物活性，水体中的有机物会吸附于其表面，而活性污泥中经高温高压处理后，影响了活性污泥中的微生物活性，导致活性污泥的吸附性降低[11-13]。因此，后期选择的吸附平衡时间为14 h。

2.3  活性污泥对污水有机物吸附的影响因素

2.3.1  活性污泥的濃度对有机物吸附的影响

在模拟废水的pH为7，温度为30 ℃的条件下吸附14 h，以废水中的COD浓度为考察指标，研究了活性污泥与失活污泥的浓度对废水中有机物的吸附情况，实验结果如图3所示。

由图3可知，利用活性污泥对废水中的有机物进行吸附后，水体中的COD浓度随着污泥的浓度呈现出先降低后稍微增大的趋势，污泥浓度在4 000 mg/L时，废水中COD的浓度最低，去除率可达90.4%。之后活性污泥浓度增大时，COD浓度较之前稍有增多，产生这一现象是由于污泥浓度过大，导致活性污泥的活性吸附位点被相互覆盖，影响了有机物与活性位点的结合，从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较差，但同样污泥浓度较大，不仅不能有效的吸附废水中的有机物，还会引入过多的污泥废弃物，影响废水的后期处理，因此，综合考虑，本实验污泥的最佳浓度为4 000 mg/L。

2.3.2  活性污泥在不同 pH值条件下对有机物吸附的影响

在模拟废水的污泥浓度为4 000 mg/L，温度为30 ℃的条件下吸附14 h，以废水中的COD浓度为考察指标，采用H2SO4来调节原始污水的酸性。研究了模拟废水的pH变化对废水中有机物的吸附情况，实验结果如图4所示。

废水的pH值是影响活性污泥对废水中的有机物的吸附的重要影响因素，过高或过低的pH值不仅不会促进吸附反应的进行，还会影响反应的进度，只有在合适的pH值范围内，才能保证良好的吸附性能。据文献可知[15，16]，活性污泥中微生物生存的最佳pH值范围一般在6.5～8.5之间。由图4可以看出，随着pH值的变化，经污泥吸附后废水中COD的浓度呈现出先降低后升高的趋势。在废水pH值为5左右时，吸附效果较差，活性污泥吸附后废水的COD的浓度为176 mg/L，当pH值增大至8左右时，经活性污泥吸附后的废水的COD的浓度为63 mg/L，去除率高达91.6%。这主要是在酸性条件下，废水中存在大量的H+，会占据活性污泥的吸附位点，从而影响污泥的吸附效果[17，18]，同时研究发现，吸附反应后，废水的pH会有所增加，而在中性碱性环境下，pH值的变化不大。失活污泥的最佳吸附pH也在8左右。因此，在废水的pH值为8时，污泥对水体有机物的吸附效果最佳。

2.3.3  活性污泥在不同温度下下对有机物吸附影响

在模拟废水的污泥浓度为4 000 mg/L，pH为8的条件下吸附14 h，以废水中的COD浓度为考察指标，研究了模拟废水的温度变化对废水中有机物的吸附情况，实验结果如图5所示。

由图5可知，温度的变化对吸附的影响很大，随着温度的升高，吸附效果明显增强，废水COD的浓度逐渐降低，当废水的温度为30 ℃时，吸附效果最佳，经活性污泥吸附后的废水的COD的浓度为63 mg/L，去除率高达91.6%。但温度过高，会影响污泥的吸附，废水COD浓度有所升高。这是温度升高时，使得离子的扩散运动速度加快，有利于离子间的交换，平衡向有利于吸附的方向进行。但是温度过高，会使扩散运动加剧，影响了吸附平衡点的稳定性，会有部分解吸现象产生，导致吸附效果较低[14，19，20]。因此最佳的吸附温度选择为30 ℃。

综上所述，利用活性污泥对模拟废水中的有机物进行吸附的最佳条件为：吸附温度为30 ℃，吸附时间为14 h，pH为8，污泥的浓度为4 000 mg/L。

3结 论

（1）利用活性污泥与失活污泥对模拟废水中的有机物进行吸附研究发现，活性污泥的吸附效果较佳，COD的去除率较高，以生物吸附为主。

（2）活性污泥吸附有机物的最佳条件为：吸附温度为30 ℃，吸附时间为14 h，pH为8，污泥的浓度为4 000 mg/L。COD的去除率到达91.6%.

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