好氧顆粒污泥對(duì)蓄電池廠廢水中鉛的吸附研究

摘要：利用序批式活性污泥（SBR）反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定后的成熟干燥硝化好氧顆粒污泥作為吸附劑，，探討了好氧顆粒污泥對(duì)鉛蓄電池廠廢水中的重金屬鉛的去除效果以及吸附的最佳條件。結(jié)果表明，干燥硝化好氧顆粒污泥吸附除Pb2+的最佳pH為3.5，且在pH為3.5～5.5范圍內(nèi)均可達(dá)到很好的去除效果，在此范圍內(nèi)Pb2+的出水濃度變化不大；當(dāng)pH為3.5時(shí)，該吸附劑最佳投加量為1.0 g/L，對(duì)Pb2+的去除率達(dá)97.27%，出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，總Pb2+含量小于1.0 mg/L，再加大投加量去除效果變化不大。

關(guān)鍵詞：好氧顆粒污泥；含鉛廢水； Pb2+的吸附

中圖分類號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）11-2759-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.11.012

Study on the Pb2+ Removal of Battery Factory Wastewater containing Pb2+ Using Aerobic Granular Sludge Adsorption

TANG Chao-chun，YE Xin，LIU Ming，CHEN Hui-min

（School of Civil Engineering and Architecture， East China Jiaotong University， Nanchang 330013， China）

Abstract： Using dry nitrification aerobic granular sludge form SBR reactor running stabilized as adsorbent，the effect and adsorption optimum control conditions of aerobic granular sludge on the lead removal of battery factory wastewater containing Pb2+ was explored. The results showed that the optimal pH was 3.5 of aerobic granular sludge to removal of Pb2+，the removal effect was good and the change of effluent concentration of Pb2+ was little at pH 3.5 to 5.5. When the pH was 3.5，the optimum dosage of the adsorbent was 1.0 g/L，Pb2+ removal rate reached 97.27%，and water quality achieved Integrated Wastewater Discharge Standard（GB 8978-1996） of an emission standard， the total Pb2+ concentration was less than 1.0 mg/L，and then removal rate changed little with increasing of the dosage.

Key words： aerobic granular sludge； wastewater containing Pb2+； adsorption of lead

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，尤其是重金屬污染日益影響著人們的身體健康。國(guó)務(wù)院批復(fù)的《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》[1]明晰了以下重點(diǎn)防控對(duì)象，第一類規(guī)劃對(duì)象以鉛、鉻、汞、鎘和類金屬砷等污染嚴(yán)重的重金屬元素為主，第二類防控的金屬污染物為銅、錳、鉍、鉈、鎳、鋅、錫、鉬等。重點(diǎn)防控的5大重點(diǎn)行業(yè)為含鉛蓄電池業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、有色金屬礦（含伴生礦）采選業(yè)、皮革及其制品業(yè)、有色金屬冶煉業(yè)。可見重金屬污染的控制與治理迫在眉睫。

重金屬廢水治理常見的方法包括：一是化學(xué)沉淀法，即利用特定化學(xué)藥劑與金屬離子反應(yīng)生成不溶物而去除的方法；二是物理化學(xué)法，即在不改變重金屬離子化學(xué)形態(tài)的前提下將其去除；三是生物法，即利用生物體或植物的化學(xué)基團(tuán)、孔隙特征及新陳代謝等將重金屬去除[2]。好氧顆粒污泥不但具有良好的去除有機(jī)污染物的能力，而且在水處理技術(shù)方面具有獨(dú)特的應(yīng)用前景，因其具有孔隙率高、比表面積大、沉淀性能好、泥水分離快等特征，所以可作為一種優(yōu)良的生物吸附材料。近年來好氧顆粒污泥技術(shù)已成為污水處理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，并取得了一定的研究成果[3-7]。由于顆粒污泥密實(shí)的結(jié)構(gòu)、規(guī)則的外形及其沉降性能等良好的特性，因此在水處理技術(shù)領(lǐng)域具有重要的研究?jī)r(jià)值與應(yīng)用前景[8-11]。

本研究利用好氧顆粒污泥吸附處理實(shí)際含鉛廢水，探討了以硝化好氧顆粒污泥作為吸附劑對(duì)實(shí)際廢水中鉛的去除效果和吸附機(jī)理，通過采用江西某電源科技有限公司混合含鉛廢水水樣進(jìn)行吸附除鉛試驗(yàn)，考察了好氧顆粒污泥吸附劑對(duì)鉛吸附的最佳pH與最佳投加量及其除鉛效果，旨在為好氧顆粒污泥的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)，并挖掘其在實(shí)際工程應(yīng)用中的潛能。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

采用序批式活性污泥（Sequencing batch reactor activated sludge process，SBR）反應(yīng)器培養(yǎng)的好氧顆粒污泥自制成干燥硝化好氧顆粒污泥用作吸附劑，研磨后為淡黃色粉狀物。其主要理化性質(zhì)：混合液懸浮固體濃度（MLSS）為4.62 g/L，混合液30 min靜沉后污泥容積（SVI30）為25.32 mL/g，沉速為40.6 m/h，Zeta電荷為-14.31 mV，蛋白質(zhì)（PN）為 225.7 mg/g，多糖（PS）為56.72 mg/g，PN/PS為3.98 mg/mg。

1.2 試驗(yàn)用水

試驗(yàn)原水取自江西某電源科技有限公司的混合廢水水樣，該廠廢水的主要污染物重金屬離子Pb2+主要來自化成、涂片等生產(chǎn)過程，廢水通常顯酸性，pH在2.0以下，混合廢水經(jīng)過了1 d的自由沉降預(yù)處理，測(cè)得該廢水水質(zhì)情況為pH 1.25、濁度32 NTU、Pb2+濃度23.80 mg/L。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 最佳pH的確定 稱取0.1 g干燥好氧顆粒污泥置于8個(gè)250 mL的具塞錐形瓶中，加入實(shí)際廢水100 mL，分別用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至1.25（原液）、2.5（實(shí)際調(diào)到了2.43）、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5，將錐形瓶置于恒溫振蕩搖床內(nèi)，在25 ℃、200 r/min條件下振蕩2.0 h，0.45 μm濾膜過濾后測(cè)定Pb2+的濃度。

1.3.2 最佳投加量的確定 稱取0.02、0.06、0.08、0.10、0.15、0.20、0.30 g干燥好氧顆粒污泥，置于7個(gè)250 mL的具塞錐形瓶中，加入100 mL廢水，調(diào)節(jié)pH至最佳值，置于恒溫振蕩搖床，溫度為25 ℃，轉(zhuǎn)速為200 r/min，振蕩2.0 h，0.45 μm濾膜過濾后測(cè)定Pb2+的濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 最佳pH的確定

由圖1可知，干燥好氧顆粒污泥作為吸附劑對(duì)實(shí)際含鉛廢水的除鉛效果在酸性條件下隨著pH的升高而增大，當(dāng)pH為3.5時(shí)可達(dá)到最佳吸附效果，相應(yīng)去除率為97.61%，即原水水質(zhì)含Pb2+濃度為23.80 mg/L時(shí)，其出水濃度為0.57 mg/L，相應(yīng)的吸附容量為23.23 mg/g；當(dāng)pH大于3.5以后，該吸附劑對(duì)Pb2+的吸附效果并沒有明顯變化。故可認(rèn)為當(dāng)pH≥3.5時(shí)，干燥好氧顆粒污泥對(duì)鉛吸附效果較好。分析其原因可能為：①顆粒污泥表面有大量的有機(jī)官能團(tuán)，比如-NH2、-COOH、-OH等，在低溫干燥預(yù)處理?xiàng)l件下并沒有遭到破壞，隨著pH的升高，吸附劑表面的去質(zhì)子化程度增強(qiáng)，這些官能團(tuán)容易失去氫鍵，增加了吸附劑的吸附點(diǎn)位。②pH越大，吸附劑表面表現(xiàn)出的電負(fù)性越強(qiáng)，對(duì)Pb2+的吸引力增大，吸附能力越大；而低pH條件下吸附劑表面的質(zhì)子化能力大，表面電負(fù)性減弱。考慮到原廢水的pH為1.25，把pH調(diào)節(jié)到3.5相對(duì)于將pH調(diào)節(jié)到大于3.5來說更為經(jīng)濟(jì)也更容易，所以綜合考慮認(rèn)為該吸附劑吸附除Pb2+的最佳pH為3.5。

2.2 最佳投加量的確定

由圖2可知，Pb2+的去除率隨吸附劑投加量的增加而增大，投加量在0.2～1.0 g/L時(shí)，Pb2+的去除率從49.45%增加到97.27%，即原水水質(zhì)含Pb2+濃度為23.80 mg/L時(shí)，其出水濃度為0.65 mg/L（低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1.0 mg/L，出水達(dá)標(biāo)），相應(yīng)的吸附容量為23.15 mg/g；投加量在1.0～3.0 g/L時(shí)，Pb2+的去除率增加緩慢；整個(gè)吸附劑投加量增加的過程中，吸附容量一直呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，由58.85 mg/g（0.2 g/L投加量）降到23.15 mg/g（1.0 g/L投加量），最后降到7.75 mg/g（3.0 g/L投加量）。

吸附劑投加量為0.2～0.6 g/L時(shí)，吸附劑對(duì)Pb2+的去除率有較快的增長(zhǎng)趨勢(shì)，在投加量達(dá)到0.6～1.0 g/L時(shí)，雖然去除率增長(zhǎng)變化不大，但由于當(dāng)投加量小于1.0 g/L時(shí)，該廢水Pb2+的出水濃度大于1.0 mg/L，未達(dá)到國(guó)家Pb2+的排放標(biāo)準(zhǔn)，投加量1.0 g/L時(shí)即已達(dá)標(biāo)，因此對(duì)于該實(shí)際廢水，干燥好氧顆粒污泥的最佳投加量為1.0 g/L。

3 結(jié)論

考察了干燥好氧顆粒污泥對(duì)實(shí)際鉛蓄電池廠含Pb2+廢水的吸附去除效果，結(jié)果表明，吸附Pb2+的最佳pH為3.5，且在pH為3.5～5.5范圍內(nèi)均可達(dá)到很好的去除效果，在此范圍Pb2+的出水濃度變化不大；當(dāng)pH為3.5時(shí)，該吸附劑最佳投加量為1.0 g/L，對(duì)Pb2+的去除率達(dá)97.27%，出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，總Pb2+≤1 mg/L，再加大投加量去除效果變化不大。綜合該最佳pH和最佳投加量，可初步認(rèn)為干燥好氧顆粒污泥可以高效地處理含鉛廢水。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部.環(huán)境保護(hù)部公布《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》2013年度考核結(jié)果[EB/OL]. http：//www.mep.gov.cn/gkml/hbb/qt/201412/t20141217_293091.htm，2014-12-17.

[2] 郭軼瓊，宋 麗.重金屬廢水污染及治理技術(shù)應(yīng)用初探[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2014（7）：59.

[3] WEI D，SHI L，YAN T，et al. Aerobic granules formation and simultaneous nitrogen and phosphorus removal treating high strength ammonia wastewater in sequencing batch reactor[J]. Bioresource Technology，2014，171：211-216.

[4] 李 姝，胡學(xué)偉，TRUNG N D，等.干燥好氧顆粒污泥對(duì)重金屬的吸附研究[J].工業(yè)水處理，2013，33（10）：40-43.

[5] 唐 海，劉桂中.好氧顆粒污泥SBR處理實(shí)際含鹽廢水的研究[J].工業(yè)水處理，2013，33（7）：33-35.

[6] LAN H X，LIU X F，CHEN R，et al. The adsorption of pentachlorophenol （PCP） on aerobic granules[J]. Advanced Materials Research，2012，599：354-357.

[7] CAI J B，LIU G，TUO Y，et al. Zinc（Ⅱ） removal from aqueous solution by biosorption with aerobic granular sludge[J]. Journal of Applied Sciences，2014，14：833-837.

[8] SHOW K Y，LEE D J，TAY J H. Aerobic granulation：Advances and challenges[J]. Appl Biochem Biotechnol，2012，167（6）：1622-1640.

[9] LEE D J，CHEN Y Y，SHOW K Y，et al. Advances in aerobic granule formation and granule stability in the course of storage and reactor operation[J]. Biotechnology Advances，2010，28（6）：919-934.

[10] 唐朝春，簡(jiǎn)美鵬，劉 名，等.強(qiáng)化好氧顆粒污泥穩(wěn)定性的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2013，32（4）：919-924.

[11] 唐朝春，劉 名，陳惠民，等.廢水生物處理系統(tǒng)中胞外多聚物的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2014，33（6）：1576-1581.