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生物吸附剂-活性污泥法吸附处理含铬电镀废水

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-18  浏览次数:704

【摘要】研究了复合生物吸附剂FY01和活性污泥处理含铬电镀废水的吸附性能。结果表明,铬的生物吸附分为快速吸附和缓慢吸附两个阶段。FY01具有良好的吸附稳定性,对废水的pH适应能力强,当pH=2.5~6 时,10 g·L-1FY01和5 g·L-1污泥曝气处理2 000 mL电镀废水2 h后,68.6 mg·L-1含铬通用电镀废水中总铬的去除率达71.5~75.6%;50.1 mg·L-1含铬康力电镀废水中总铬的去除率高达80.0~90.0%。FY01和活性污泥具有良好的协同促进作用,10 g·L-1 FY01和15 g·L-1污泥对通用电镀废水、康力电镀废水中铬的联合去除率分别高达97.7%和88.1%,比两者单独处理电镀废水的除铬率总和分别高出39.8%、44.6%。

关键词:生物吸附剂;铬;电镀废水;活性污泥

含铬电镀废水对人体及其它生物具有强烈的三致效应[1]。对该类废水的妥善处理,已成了电镀行业中一个必须解决的环境问题[2, 3]。由于现阶段应用于铬、铜等重金属废水处理的化学法、离子交换法、电解法、活性炭吸附法等处理技术[4, 5]具有费用较高、易产生二次污染等缺点。因此,近年来人们一直在致力于环保型重金属废水处理技术和工艺的研究与开发[6, 7]。生物吸附法具有价廉、高效、无二次污染、吸附材料来源广泛等优点[8],已成为重金属废水处理的研究热点[9]。

本文以复合生物吸附剂(FY01)和活性污泥作为生物吸附材料,在曝气的条件下,对通用电镀废水和康力电镀废水中铬的生物吸附性能进行了研究,同时也探讨了FY01与污泥的协同作用。期盼本文的研究工作能为重金属生物吸附的研究和开发提供一个新的思路。

1材料与方法

1.1废水和污泥

通用电镀废水:采集于广东省广州市某电镀厂,总Cr、Cr6+、Cu、CODCr、pH分别为68.6 mg·L-1、66.0 mg·L-1、3.35 mg·L-1、67 mg·L-1、3.30。

康力电镀废水:采集于广东省阳江市某电镀厂,总Cr、Cr6+、Cu、CODCr、pH分别为150.4 mg·L-1、138.3 mg·L-1、4.62 mg·L-1、120 mg·L-1、2.15。

康力电镀废水稀释水样:利用去离子水对康力电镀废水进行稀释,总Cr、Cr6+、Cu、CODCr分别为50.1 mg·L-1、46.1 mg·L-1、1.54 mg·L-1、40 mg·L-1。

石化污泥:采集于中国石油化工股份有限公司广州分公司污水处理厂,含水率约84 %。

1.2复合生物吸附剂(FY01)

取枯草杆菌(Bacillus subtilis)、掷孢酵母(Sporobolomycetaceae sp. YJS)、产朊假丝酵母(Candida utilis)、黑曲霉(Aspergillus niger)、芽孢杆菌属(Bacillus)、酵母属(Saceharomyces)、根霉属(Rhizopus)等微生物和电镀厂内受污染土壤复合驯化。提取驯化后的复合菌体与聚苯乙烯胶球体和植物碎片混合物混合,制备成含水量约为80 %、含菌量为108~109 CFU·g-1的复合生物吸附剂。

1.3吸附实验

取复合生物吸附剂10 g·L-1、污泥5 g·L-1,投加于2000 mL的电镀废水中,调节pH值,曝气吸附2 h,取处理后水样测定总铬含量。

1.4分析方法

总Cr和Cr6+采用二苯碳酰二肼显色法测定;铜采用原子吸收法测定,所用原子吸收分光光度计是北京第二光学仪器厂的WFX-1C;COD采用重铬酸钾法测定;pH由上海雷磁厂生产的PHS-3C型pH计测定。

2结果与分析

2.1电镀废水pH对吸附的影响

与目前公布的高吸附饱和量的单菌株生物吸附剂相比,FY01对废水pH的适应能力具有较明显的优势[3,6]。当废水pH=2.5~6时,10 g·L-1复合吸附剂和5 g·L-1石化污泥处理通用电镀废水2 h后,对68.6 mg·L-1总Cr的去除达71.5~75.6 %,铜的去除达97 %以上;当稀释后的康力电镀废水pH调至2.5~6时,50.1 mg·L-1总Cr的去除率高达80.0~90.0 %,铜的去除达99 %以上,结果表明FY01具有较强的耐废水pH冲击的能力。这主要是由于本研究制备的FY01是由多菌种组成,部分菌种对铬、铜等重金属具有较强的生物吸附效果和体内积累性能;部分从长期被电镀废水、废渣污染的土壤中驯化出的微生物,已对高浓度重金属具有较强的解毒能力。菌群中不同的菌种对铬和铜的吸附具有不同的适宜pH值(如掷孢酵母的适宜pH=2~4,产朊假丝酵母的适宜pH=2~3) [10]。当这些菌处于动态平衡时,便构成了较宽的适宜pH平台值。

通用电镀废水的pH在适宜吸附的pH范围内,以下有关该废水的研究均在原水pH下进行;而康力电镀废水的pH则调至3.5。因为该pH值与大部分金属表面加工行业的含重金属废水的pH值接近;同时,该值处于适宜pH平台值的中部,易于调控,研究结果在实际应用中具有较好的参考价值。

2.2处理时间对电镀废水的吸附实验

铬的生物去除可分为2个阶段。在吸附开始的较短时间内,铬的去除率快速增长,可能这是FY01对铬进行表面吸附的阶段。其中,当吸附时间小于0.5 h时,康力废水中铬的去除处于快速增长阶段,去除率与处理时间的反应方程式和相关系数r分别为y = 136.46 x + 3.8017、0.9853,变化趋势呈较强的线性相关。0.5 h后,铬的去除进入缓慢增长阶段。可能此时FY01对铬的吸附主要以跨细胞膜的体内积累为主,通用电镀废水中铬的去除曲线也具有类似的变化趋势。

实验结果表明,本研究采用的曝气吸附法与现阶段重金属生物吸附研究中采用的静态吸附法、振荡吸附法和搅拌吸附法相比,对铬的去除效果更加理想[3, 7, 9]。这与曝气所起的2个作用有关:①曝气为铬的生物吸附提供了一个混合均匀的环境。这样更有利于FY01与活性污泥形成菌胶团结构,为两者抵抗铬的毒性和有效的实现铬的生物解毒,提供了有利的缓冲环境;同时,曝气也有利于铬与吸附材料的充分接触;②铬的生物吸附、还原与生物积累是个好氧的过程,曝气为该过程提供了好氧环境。

2.3生物吸附剂吸附性能的稳定性

吸附性能的稳定性直接影响了生物吸附剂的研究价值和实际应用价值。本实验对在23~28℃实验室保存不同时间的FY01进行了吸附研究。结果表明,本研究制备的FY01具有较好的吸附稳定性。在50 d内对两种电镀废水进行的10次吸附实验中,铬的去除率的极差值均在5 %内。因此,可以判断FY01的微生物群落构成处于动态平衡状态。

2.4铬浓度对康力电镀废水中铬生物吸附的影响

把康力电镀废水稀释成不同浓度的含铬水样进行生物吸附实验,铬浓度是电镀废水中铬生物去除的重要影响因素。当浓度小于25 mg·L-1时,铬的去除率达92.2以上,处理效果较好;随着铬浓度的增加去除效率平缓下降,当浓度等于75 mg·L-1时,出现快速下降的转折点。可能此时吸附剂对铬的吸附接近饱和,高浓度六价铬的毒性也对铬的生物去除产生了影响。

2.5活性污泥对照实验

活性污泥单独作为生物吸附材料处理电镀废水,对铬的吸附效果并不理想,当污泥浓度为15 g·L-1时,康力废水向稀释水样中50.1 mg·L-1总Cr和通用废水中68.6 mg·L-1总Cr的去除率仅为16.8 %、12.3 %。光学显微镜观察发现,此时污泥菌胶团已经解体,沉淀性能差。

FY01与活性污泥联用后,两者间的协同促进作用非常显着。如当污泥浓度为0时,康力废水和通用废水总Cr的去除率仅为41.1 %、31.2 %,吸附后菌体沉淀性能差。随着污泥浓度的增加,菌与污泥对铬的去除率迅速增长。当污泥浓度为5 g·L-1时,铬的去除率分别高达83.7 %、72.7 %;当污泥浓度达15 g·L-1时,去除率分别高达97.7 %和88.1 %,比10 g·L-1 FY01和15 g·L-1污泥单独处理电镀废水的除铬率总和分别高出39.8 %、44.6 %。曝气停止后,静置10 min就可以实现固液分离。

FY01与活性污泥的协同促进作用主要是由于活性污泥可以为生物吸附剂提供一个稳定的缓冲环境,同时污泥中的微生物也具有一定的解毒能力;在该缓冲环境中,FY01对铬的还原解毒是铬生物去除的关键。还原后,高毒性的六价铬主要形成了低毒性的三价铬,有效的降低了铬对污泥及吸附剂的毒性破坏。

3结论

(1) FY01和活性污泥是联合处理含铬电镀废水的良好的生物吸附材料,对废水的pH适应能力强。当废水pH=2.5~6时,10 g·L-1 FY01和5 g·L-1污泥曝气处理电镀废水2 h后,通用废水中68.6 mg·L-1总Cr的去除率达71.5~75.6 %,铜的去除达97 %以上;康力电镀废水中50.1 mg·L-1总Cr的去除率高达80.0~90.0 %,铜的去除达99 %以上。

(2) FY01对铬具有良好的吸附稳定性。在50 d内对两种电镀废水进行的10次吸附实验中,铬的去除率的极差值均在5 %内。

(3) FY01对铬的吸附分为快速吸附和缓慢吸附两个阶段。同时,活性污泥的投加能有效的促进铬的生物吸附效果。曝气处理2 h后,10 g·L-1 FY01和15 g·L-1污泥联合作用,对铬的去除率比两者单独处理康力废水和通用废水的除铬率总和分别提高了39.8 %、44.6 %。

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