常温条件下颗粒污泥处理含铅废水

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2001.02.003 第26卷第2期 北京科技大学学报 Vol.26 No.2 2004年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2004 常温条件下颗粒污泥处理含铅废水 韩剑宏12)倪文” 宋存义1”延克军)王荣辉) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)内蒙古科技大学环境系，包头014010 摘要对未经圳化的颗粒污泥处理含铅废水进行了初步实验研究.结果表明，颗粒污泥对 含铅废水具有较高的去除能力，铅去除率在95%以上.颗粒污泥的加入量、废水酸度、沉降时 间是影响处理效果的主要因素.通过对20mgL的含铅试水进行处理，铅达到了排放标准， 关键词废水处理：铅：颗粒污泥 分类号X703.1 含铅废水处理常采用沉淀、凝聚、离子交换、 100mgL的水.实验时稀释成20mgL,加入1% 吸附等方法，但均具有处理量小、选择性差、容易 HNO,溶液调节含铅试水pH=6.0.取20mgL的 造成二次污染等缺点.而生物吸附法”，由于其具 实验用水100mL于400mL三角瓶中，加入已在 有原料来源丰富、品种多、成本低、处理效果好、 实验室UASB装置培养好的未加载体、未对含铅 吸附容量大、速度快、选择性好、吸附设备简单、 废水进行驯化的颗粒污泥，VSS为22.12gL,其 易操作等特点，在去除水中重金属方面有广阔的 活性VSS/SS为70.8%，VSS,SS测量采用称重法， 应用前景.已有的实验发现，城市污水处理厂 将加有颗粒污泥的实验用水在78-1型磁力搅拌 排出的絮状活性污泥具有良好的除铅能力. 器以速度100 rad/min充分搅拌20min,静沉后取 厌氧颗粒污泥与絮状活性污泥从培养条件、 滤液，采用pHS-2型酸度计测定处理后试水的 运行参数、菌种状态等方面存在不同之处，但皆 pH值，铅含量采用WFX-120型原子吸收分光光 归因于微生物的作用.首先，厌氧颗粒污泥一般 度计，并计算铅去除率， 产于处理高浓度有机废水的UASB装置或由其 在常温(t=17℃)，pH=6.0及沉降时间相同的 衍生的其他反应器，这类反应器大多位于工业较 条件下，改变颗粒污泥的加入量，测量其对铅去 为集中的地区，与高浓度含铅废水的产地处于同 除率的影响. 一地区，其次，很多工业区的混合污水既是高浓 1,2实验结果 度有机废水，又是铅含量严重超标的废水，如果 颗粒污泥加入量对含铅试水中铅的去除率 使用厌氧颗粒污泥既能降解大部分有机物又能 的影响如图1所示. 同时实现除铅的目的.再次，用颗粒污泥进行废 从图1中可以看出，当颗粒污泥的加入量为 水处理的反应器中，污泥产量远远低于一般城市 10mL时，实验用水中铅的去除率就达到了87%： 污水处理厂，甚至可能会成为回收铅的一种手 96 7.0 段，因此对颗粒污泥处理含铅废水进行了实验研 94 6.8写 究 6.6玉 % 6.4 1颗粒污泥量对除铅效果的影响 一去除率 +出水pH值6.2 1.1实验过程 6 6.0 0 20 40 60 80 用Pb(NO2和1%HNO配成铅质量浓度为 污泥加入量mL 收稿日期200306-17韩剑宏女，37岁，副教授，博士 图1污泥加入量对含铅试水处理效果的影响 +国家自然科学基金基金No.50172009) Fig.1 Effect of sludge amount on Pb removing rate

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 常温条件下颗粒污泥处理含铅废水 韩剑 宏 ’， 倪 文 ” 宋存 义 ” 延克 军 ” 王 荣辉 ” 北 京科技 大学 土 木与环 境工 程 学 院 ， 北 京 内蒙古 科技 大学 环 境 系 ， 包头 摘 要 对 未 经 驯 化 的颗 粒 污 泥 处 理 含 铅废 水 进 行 了初 步 实验 研 究 结果 表 明 ，颗 粒污 泥 对 含铅 废水 具有 较 高 的去 除能 力 ， 铅 去 除率在 以上 颗 粒 污 泥 的加 入 量 、 废 水酸度 、 沉 降时 间 是 影 响 处 理 效 果 的主 要 因 素 通 过 对 的含 铅 试 水 进 行 处 理 ， 铅 达 到 了排 放 标 准 关键 词 废 水 处 理 铅 颗 粒 污 泥 分 类号 书划王国 赞鲤邢芝 含铅 废 水 处理 常采用沉 淀 、 凝 聚 、 离 子 交换 、 吸 附等方法 ，但 均 具 有 处 理 量 小 、 选 择 性 差 、 容 易 造 成 二 次污 染等缺 点 而 生物 吸 附法 ， 由于 其 具 有 原料 来 源 丰 富 、 品种 多 、 成 本 低 、 处 理 效 果 好 、 吸 附容 量 大 、 速 度 快 、 选 择 性 好 、 吸 附设备 简单 、 易操 作 等特 点 ，在 去 除水 中重 金 属 方 面 有 广 阔 的 应 用 前 景 已 有 的实验 ， ” 发现 ， 城 市 污 水 处 理 厂 排 出的絮状 活 性 污 泥 具 有 良好 的除铅 能 力 厌氧 颗 粒 污 泥 与絮 状 活性 污 泥 从 培 养 条件 、 运 行 参数 、 菌种状 态等方 面 存 在 不 同之 处 ， 但 皆 归 因于 微 生 物 的作 用 首先 ， 厌 氧颗 粒 污 泥 一 般 产 于 处 理 高浓度 有机 废 水 的 装 置 或 由其 衍 生 的其 他 反应 器 这类 反应 器 大 多位 于 工 业 较 为集 中的地 区 ， 与 高浓度 含铅 废 水 的产 地 处 于 同 一 地 区 其 次 ， 很 多工 业 区 的混 合 污 水 既 是 高浓 度 有机 废 水 ， 又 是 铅 含 量 严 重超 标 的废 水 ， 如 果 使 用 厌 氧 颗 粒 污 泥 既 能 降解 大 部 分 有 机 物 又 能 同时实现 除铅 的 目的 ， 再 次 ， 用 颗 粒 污 泥 进 行 废 水 处 理 的反应 器 中 ， 污 泥 产 量远 远 低 于 一般 城 市 污 水 处 理 厂 ， 甚 至 可 能会 成 为 回 收 铅 的一 种 手 段 因此对 颗 粒污 泥 处 理 含铅 废水 进 行 了实验研 究 创 的水 实验 时稀释 成 ， 加 入 。 溶 液调 节 含 铅 试 水 取 的 实验 用 水 于 三 角瓶 中 ， 加入 已 在 实验 室 装 置 培养 好 的未 加 载 体 、 未对 含 铅 废 水 进 行 驯 化 的颗 粒 污 泥 ， 为 留 ， 其 活 性 为 ， ， 测 量 采用 称 重 法 ，， 将加 有颗 粒 污 泥 的实验 用 水在 一 型磁 力搅拌 器 以速 度 充 分搅 拌 ， 静沉 后 取 滤 液 采 用 一 型 酸度 计测 定 处 理 后试 水 的 值 ， 铅 含 量采 用 一 型 原 子 吸 收分 光 光 度 计 ， 并计 算铅 去 除率 在 常温 ℃ ， 二 及 沉 降时 间相 同的 条件 下 ， 改变颗 粒 污 泥 的加 入 量 ， 测 量 其 对 铅 去 除率 的影 响 实验 结 果 颗 粒 污 泥 加 入 量 对 含 铅 试 水 中铅 的 去 除 率 的影 响如 图 所 示 从 图 中可 以看 出 ， 当颗 粒 污 泥 的加入 量 为 时 ， 实验用 水 中铅 的去 除率就 达 到 了 颗 粒 污 泥 量对 除铅 效 果 的影 响 实验 过程 用 和 配 成 铅 质 量 浓 度 为 收稿 日期 一 一 韩剑 宏 女 ， 岁 ， 副 教授 ， 博 士 国家 自然科 学基 金 基 金 困 。 厂《 压 、 污 泥 加 入 量 图 污 泥 加 入 量对 含铅试水处理 效果 的影 响 陌 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．02．003

Vol.26 No.2 韩剑宏等：常温条件下颗粒污泥处理含铅废水 123· 随着污泥加入量的增大，铅的去除率增大，当颗 120 10 100 粒污泥加入量达到50mL时，去除率达到95%，曲 ◆ 8 880 心 线趋于平缓：污泥加入量继续增大，铅的去除率 6 变化不明显.随污泥量增加，单位污泥所承受的 4 +去除率 首 铅负荷变小，颗粒污泥能在去除铅的同时较好地 0 鲁出水pH值 降解有机物，表现为pH值变化不大但有所增加， 0 0 2 4 6 810 12 在本实验中最后使微生物处于最佳生长状态，维 处理前试水的pH值 持其pH值在6.7~7.0之间. 图2酸度对含铅试水处理效果的影响 Fig.2 Effect of pH on Pb removing rate 2酸度对除铅效果的影响 导作用 实验用水100mL于400mL三角瓶中，分别 用1%NaOH和1%HNO,溶液调节含铅试水的 3 沉降时间对除铅效果的影响 pH,所配制的8个试水样的pH值分别为：3.00， 434,5.32,6.09,7.26,8.67,931,10.0.对每一个试水 取实验用水100mL于400mL三角瓶中，加 样均加入50mL的颗粒污泥按上述方法进行处 入50mL的颗粒污泥，在pH=6.0的条件下搅拌 理，处理后试水的H值和铅的去除率绘制成图 20min,静沉，过滤，不同沉降时间取样检测，测量 2所示的曲线，在pH值为3.0时，铅的去除率较 pH值和残余铅，并计算铅去除率，结果如图3.由 低：当pH值增大到6.5时，铅的去除率由73.6%增 图3可以看出，颗粒污泥对含铅试水中的铅具有 加到95.9%：当pH值为8时，去除率较稳定，保持 快速的去除作用.当沉降时间为l0min时，铅的 在97.7%；当pH值为9时，已超出厌氧微生物所 去除率达到94.6%.随着沉降时间的延长，铅的去 能承受的H值，颗粒污泥减少，导致其去除率下 除率继续提高，当沉降时间超过30min后，去除 降到89.9%. 率提高的速度变缓，当沉降时间为50min时铅的 颗粒污泥是由各类厌氧微生物群体构成的 去除率达到了993%.以后再继续延长沉降时间， 组合体，微生物的生长受许多因素的影响，其中 铅的去除率几乎不再提高，说明此时颗粒污泥内 铅离子的存在会对其产生作用.本实验未加营养 铅的浓度与溶液中的铅浓度基本上处于一种平 液，可以认为微生物始终处于内源呼吸期，微生 衡状态.一个值得重视和需要进一步验证的现象 物开始利用自身体内储存的物质或衰死的菌体 是，当沉降时间在0-70min时，铅的去除率呈下 进行内源代谢以维持生理活动，在此期间，多数 降趋势，当处理时间超过70min时，铅的去除率 细菌进行自身代谢而逐步衰亡，只有少数微生物 又继续提高，80min时达到99.9%.引起这种现象 细胞继续裂埴，活菌体数大为下降，在细菌形态 的原因可能是在60min时，由于铅对微生物的毒 方面，此时也多呈退化状态.在这种条件下，微生 性作用使微生物的活性降低，相应地其固定铅的 物对铅的去除率受pH值影响较明显，pH值与Eh 生化能力也下降.当沉降时间超过70min后，铅 值间也存在一定的关系，Eh还直接影响污泥中细 的去除率又进一步提高，一方面可能是因为做生 菌的生长和污泥的酸化过程，进而影响Pb的去 物能够快速调整自身的适应能力，恢复了活性， 除效果.研究表明，低E值和高pH值有利于 101 7.4 污泥中Pb的再沉淀和有机物的再络合，厌氧处 100 7.2 9 理过程中酸度过大或过小不仅会影响到厌氧菌 98 7.0 的繁殖，还会影响到铅的存在状态，当pH值较高 68 时，水体系中OH浓度增加，使水样中的Pb与 % 一去除率 95 一出水pH值 6.6 OH结合，生成Pb(OH)降低了Pb2,增加了颗粒 94 6.4 污泥对Pb处理的难度，实验结果说明，铅的去 0 2040 60 80 100 除与生物活性密切相关，生物处理和化学效应起 沉降时间min 图3沉降时间对含铅试水处理效果的影响 着非常重要的作用，而不是单纯的物理吸附起主 Fig.3 Effect of sendimental time on Pb removing rate

韩剑 宏 等 常温 条件下 颗粒 污 泥 处 理 含铅 废水 恻书田国 ﹃ ‘，入了且 随着 污 泥 加 入 量 的增 大 ， 铅 的去 除率增 大 当颗 粒污泥 加 入量 达 到 时 ， 去 除率达 到 ， 曲 线 趋 于 平 缓 污 泥 加 入 量 继 续 增 大 ， 铅 的去 除率 变 化 不 明显 随污 泥 量 增 加 ， 单 位 污 泥 所 承 受 的 铅 负荷 变 小 ， 颗 粒 污 泥 能在 去 除铅 的 同时较好 地 降解 有 机 物 ， 表 现 为 值 变 化 不 大但 有 所 增 加 在本 实验 中最 后 使微 生物 处 于最 佳 生 长状 态 ， 维 持其 值 在 一 之 间 去除率 出水 值 城︵月 并渔芝邢 酸度对 除铅 效 果 的影 响 实验 用 水 于 三 角瓶 中 ， 分 别 用 和 溶 液 调 节 含 铅 试 水 的 ， 所 配 制 的 个 试 水 样 的 值 分 别 为 ， ， ， ， ， ， ， 对 每 一 个试 水 样 均 加 入 的颗 粒 污 泥 按 上 述 方 法 进 行 处 理 ， 处 理 后 试 水 的 值 和 铅 的去 除率 绘 制 成 图 所 示 的 曲线 在 值 为 时 ， 铅 的 去 除率 较 低 当 值 增 大 到 时 ， 铅 的去 除率 由 增 加 到 当 值 为 时 ， 去 除率 较稳 定 ， 保持 在 当 值 为 时 ， 己超 出厌 氧 微 生 物所 能承 受 的 值 ， 颗 粒 污 泥 减 少 ， 导 致 其 去 除 率 下 降到 颗 粒 污 泥 是 由各 类 厌 氧 微 生 物 群 体 构 成 的 组 合 体 ， 微 生 物 的生 长 受 许 多 因素 的影 响 ， 其 中 铅 离子 的存 在 会对 其 产 生 作用 本 实验 未加 营养 液 ， 可 以认 为微 生 物 始 终 处 于 内源 呼 吸 期 ， 微 生 物 开 始 利 用 自身体 内储 存 的物 质 或 衰 死 的菌 体 进 行 内源 代 谢 以维持 生 理 活 动 在 此 期 间 ， 多数 细 菌 进 行 自身代 谢而 逐 步衰 亡 ， 只 有少数 微 生物 细 胞 继 续 裂 值 ， 活 菌 体 数 大 为下 降 ， 在 细 菌 形 态 方面 ， 此 时也 多呈退 化 状 态 在这 种 条件 下 ， 微 生 物对 铅 的去 除率 受 值 影 响较 明显 ， 值 与 值 间也 存在 一 定 的关系 ， 还 直接影 响污 泥 中细 菌 的生 长 和 污 泥 的酸 化 过 程 ， 进 而 影 响 的去 除效 果 ‘ 研 究表 明〔 ，， 低 值 和 高 值 有 利 于 污 泥 中 的再 沉 淀 和 有 机 物 的再 络 合 厌 氧 处 理 过 程 中 酸度 过 大 或 过 小 不 仅 会 影 响 到 厌 氧 菌 的繁殖 ， 还 会 影 响 到铅 的存 在状 态 当 值较 高 时 ， 水 体 系 中 甘浓 度 增 加 ， 使 水 样 中的 ‘ 与 结合 ， 生 成 ，一 降低 了 ， ， 增 加 了颗 粒 污 泥 对 处 理 的难 度 实验 结 果 说 明 ， 铅 的去 除与 生物 活性 密切 相 关 ， 生物 处 理 和 化 学 效应起 着 非常 重 要 的作用 ， 而 不 是 单纯 的物理 吸 附起 主 处 理 前 试 水 的 值 图 酸 度对 含铅 试 水处 理 效 果 的影响 · 导作用 沉 降 时 间对 除铅 效 果 的影 响 取 实验 用 水 于 三 角 瓶 中 ， 加 入 的颗 粒 污 泥 ， 在 二 的条件 下搅 拌 ， 静沉 ， 过 滤 ， 不 同沉 降时 间取 样 检 测 ， 测量 值 和 残 余 铅 ， 并 计 算铅 去 除率 ， 结果 如 图 由 图 可 以看 出 ， 颗 粒污 泥 对 含铅 试 水 中 的铅 具有 快 速 的去 除作 用 当沉 降时 间为 时 ， 铅 的 去 除率达 到 随着沉 降时 间 的延 长 ， 铅 的去 除率 继 续提 高 ， 当沉 降 时 间超 过 后 ， 去 除 率提 高 的速 度 变 缓 当沉 降 时 间 为 时铅 的 去 除率达 到 了 以后 再 继 续 延 长沉 降时 间 ， 铅 的去 除率几 乎 不 再 提 高 ， 说 明此 时颗 粒 污泥 内 铅 的浓 度 与 溶 液 中 的铅 浓 度 基 本 上 处 于 一 种 平 衡状 态 一个值 得重 视 和 需要 进 一 步验 证 的现 象 是 ， 当沉 降 时 间在 一 时 ， 铅 的去 除率 呈 下 降趋 势 ， 当处 理 时 间超 过 时 ， 铅 的去 除 率 又 继 续 提 高 ， 时达 到 引起 这 种 现 象 的原 因可 能 是 在 时 ， 由于 铅 对 微 生物 的毒 性 作用 使微 生 物 的活 性 降低 ， 相 应 地 其 固定铅 的 生 化 能 力也 下 降 当沉 降 时 间超 过 后 ， 铅 的去 除率 又进 一 步提 高 ， 一 方面 可 能是 因 为微 生 物 能够 快 速 调 整 自身 的适 应 能 力 ， 恢 复 了活 性 二 恻书王国 万 值 凸︸，工 八“， 月‘任‘ 并炎芝刊 沉 降 时 间 图 沉 降 时 间对 含铅试 水处理 效 果 的 影 响 爪

124 北京科技大学学报 2004年第2期 另一方面可能是颗粒污泥对铅的深层次的固定 接近，可对工程设计有一定的指导作用 作用已经开始起到明显的作用.这些初步推测的 进一步证实还需要更多的实验工作和更深入的 参考文献 理论研究， 1刘瑞霞，汤鸿霄，劳伟雄，重金属的生物吸附机理 及吸附平衡模式研究[).化学进展，2002,14(2)87 4结论 2蒋成爱，吴启堂，吴顺辉.活性污泥吸附重金属的 研究进展[).土壤与环境，2001,10(4)：331 在配制的20g/L浓度的含铅实验用水中， 3王士龙，张虹，朱孔秀，等.用活性污泥处理含铅废 加入取自实验室UASB装置中培养好的颗粒污 水的实验研究.材料保护，2002,35(4)：53 泥进行的除铅实验表明，厌氧颗粒污泥对含铅试 4国家环境保护局.水与废水检测分析方法M).第三 水中的铅具有高效的去除作用.在初步优化的污 版，北京：中国环境科学出版社，1997：233 5 Tyagi R D,Seekrishnan T R,Balaias J F,et al.Effect of 泥加入量、pH值和沉降时间等条件的组合下，铅 dissolved oxygen on sludge acidification during the 的最高去除率可达到99.9%.在比较经济的组合 SSDMJLI-process [J].Water Air Soil Pollut,1998,102 条件下，铅的去除率可达到95%以上，达到了国 (12):139 家规定的一级排放标准.本次实验结果反映出 6 Couill D,Shucal Zhu.Bacterial leaching of heavy met- 颗粒污泥的生物吸附与化学机制是除铅的主要 als from sewage for argricultural application [J].Water 作用机理，并初步显示了颗粒污泥内部的深层次 Air Soil Pollut,1990,63:67 生物与化学效应对除铅起到了一定的作用，本实 7GB8978一1996污水综合排放标准[S].北京：国家 验原理与污水处理工程中的序批式反应器比较 技术监督局，1996 Lead-Containing Waste Water by Using Granular Sludge as a Media at Ambinent Temperature HAN Jianhong',NI Wen',SONG Cunyi,YAN Kejun',WANG Ronghui 1)Civil and Environmental Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Department of Environment,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010,China ABSTRACT The initial experiment was carried out to investigate the possibility of removing soluble lead from lead-containing waste water by using granular sludge as a media.The results show that granular sludge has a good ability to remove lead from lead-containing waste water.The removing rate can be above 95%.Sludge content,pH value and sedimental time are major factors which affect the treating results of lead-containing water.With a initial lead content of 20 mg/L,the quality of the treated water can reach Chinese national standard of discharging. KEY WORDS wastewater:lead;granular sludge

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 另 一 方 面 可 能 是 颗 粒 污 泥 对 铅 的深 层 次 的 固定 作用 已经 开 始起 到 明显 的作用 这 些初 步推 测 的 进 一 步证 实还 需 要 更 多 的 实 验 工 作和 更 深 入 的 理 论研 究 接近 ， 可对 工 程 设 计 有 一 定 的指 导作用 参 考 文 献 结论 在 配 制 的 几 浓 度 的含 铅 实验 用 水 中 ， 加 入 取 自实验 室 装 置 中培 养好 的颗 粒 污 泥进 行 的除铅 实验表 明 ， 厌氧颗 粒污 泥对 含 铅试 水 中的铅具有 高效 的去 除作用 在 初 步优 化 的污 泥 加 入 量 、 值 和 沉 降 时 间等条 件 的组 合 下 ， 铅 的最 高去 除率 可 达 到 在 比较经 济 的组 合 条件 下 ， 铅 的去 除率 可 达 到 以上 ， 达 到 了 国 家规 定 的一 级排 放 标准 〔 本次 实验 结 果 反 映 出 颗 粒 污 泥 的生 物 吸 附与化 学机 制 是 除铅 的主 要 作用 机理 ， 并初步显 示 了颗 粒污 泥 内部 的深 层 次 生物 与化学 效应 对 除铅起 到 了一 定 的作用 本实 验 原 理 与 污 水 处 理 工 程 中的序 批 式 反 应 器 比较 刘瑞霞 ， 汤 鸿 霄 ， 劳伟雄 重 金属 的生物吸 附机理 及 吸 附平 衡模式研究 化 学进展 ， ， 蒋成 爱 ， 吴 启 堂 ， 吴顺 辉 活 性 污泥 吸 附重 金 属的 研 究进 展 明 土 壤 与 环 境 ， ， 王 士 龙 ， 张虹 ， 朱孔 秀 ， 等 用 活 性污泥 处 理 含铅废 水 的实验 研 究 材料保护 ， ， 国家环 境保护 局 水与废水 检测分 析方法 第三 版 北京 中国环 境科学出版 社 ， ， ， ， 一 刀 从厄 ， ， ， 即 ， 电 刀 厄 爪 ， ， 一 污 水综合排放 标准 北 京 国家 技 术监 督局 ， 一 研 矶 心 ， ” ， 肠 ，气 〔刃 妙 ，气 可 ，愁洲刀 ‘ ’ ， ， ， ， 跳 ， 一 一 ， 七 ， 歹 】