环境污染与防治 第28卷 第8期 2006年8月
生物质活性炭的制备及其染料废水中的应用
尹炳奎1
朱石清2
朱南文1#
员帅波1
寿宗奇1
(1. 上海交通大学环境科学与工程学院, 上海200240;2. 上海市水务局, 上海200003)
摘要 以城市污水厂活性污泥为原料, 用3mol/L ZnCl 2溶液活化, 通入水蒸气作活化气制备活性炭吸附剂。实验结果表明,
温度为600℃条件下, 活化时间为1h , 制得的活性炭其碘吸附值为374. 10mg/g , 比表面积为381. 62m 2/g , 孔容积为0. 25cm 3/g , 微孔容积为0. 11cm 3/g 。并进一步将生物质活性炭应用于染料废水的处理, 考察了吸附时间、活性炭投加量和p H 对色度及TOC 的脱除效果的影响。室温下, 酸性大红GR 染料废水初始浓度为300mg/L , 污泥活性炭的最佳投加量为2%(质量分数) , 吸附15
min , 废水色度脱除率可达99. 6%, TOC 去除率可达99. 7%, 利用等温吸附实验作吸附等温线, 吸附等温线可以用Freundlich 或Langmuir 方程描述。
关键词 活性污泥活性炭吸附染料废水
Preparation of activated carbon from activated sludge and its B ingkui 1, Zhu S hiqing 2, Zhu N anwen 1, Yun S huaibo 1, S hou S Engineering , S hanghai J iaotong Universit y , S ; 2. y , S hanghai 200003)
Abstract :treatment plant was first dried at 105℃and ground (1～2mm ) and L ZnCl 2solution for 24h ; the centrif uged cake was dried and steam activated at 600℃for 1h , and the product was washed to remove the ZnCl 2and other inorganic impurities and finally dried again to result in the activated carbon. The activated carbon exhibited an iodine capacity of 374. 1mg/g , a B ET surface area of 381. 62m 2/g and pore volume of 0. 25cm 3/g and a micropore volume of 0. 11cm 3/g. The capacities of this carbon for color and TOC of a simulated dye wastewater were well represented by both the Freundlich and the Langmuir ad 2sorption isotherm models ; higher capacities were obtained at a neutral p H. The activated carbon prepared f rom sew 2age treatment plant activated sludge may be attractive for treating dye wastewater.
K eyw ords : Activated sludge
Activated carbon
Adsorption isotherm models
Dye wastewater
污泥是污水处理厂污水处理过程中的二次产物, 城市污水厂每天都会产生大量的污泥。由于污泥除含有大量的水分外, 还含有难降解的有机物、重金属和盐类, 以及少量的病原微生物和寄生虫卵等。如果处理不当, 会对周围环境造成一定的危害[1]。因此, 如何有效地处理处置污泥? 近年来成为我国乃至西方工业发达国家环境界的一个热点课题。污泥处置主要有农用、填埋、焚烧、建材利用等几种可行的处置方式。随着循环经济理念的兴起, 研究采用合适的办法对污泥进行循环利用, 越来越受人关注。 利用污泥制取活性炭, 是一种符合循环经济理念的污泥处置方式。目前, 国内外有学者以混合污泥为原料, 在马福炉中以氮气为保护气, 炭化制得性能较好的吸附剂[227]。而以活性污泥为原料, 水蒸气为活化气制备活性炭, 目前尚未见报道。笔者采用城市污水处理厂的二沉池回流污泥为原料, 以简单易得的水蒸气为活化气, 通过前期处理、活化
温度调整等措施, 制得性能优良的活性炭, 并将制
得的活性炭吸附剂应用于染料废水处理, 取得了较好的效果。11. 1
实验部分
生物质活性炭的制备 实验装置如图1所示。污泥取自上海市某污水处理厂, 其挥发性悬浮固体含量(质量分数) 为(71. 5
) , 研磨至粒径1±2. 1) %, 经真空烘箱烘干(105℃
～2mm , 所得干污泥用3mol/L ZnCl 2(固液质量比为1∶2. 5) 浸泡24h 。离心回收上清液, 烘干至恒重。称取干污泥15g , 采用S K222210型高温管式电阻炉, 以水蒸气作活化气(流量为20L/h ) , 以40℃/min 的升温速率加热至600℃活化1h , 制得污泥活性炭吸附剂。尾气采用废酸液吸收, 无恶臭气体进入环境。制得的粗产品用HCl 和蒸馏水反复冲洗, 以除去ZnCl 2及其他无机物, 然后低温干燥至恒重备用。
#
第一作者:尹炳奎, 男,1981年生, 硕士研究生, 主要从事污泥深度处理及资源化等方面的研究。通讯作者。
・608・
尹炳奎等 生物质活性炭的制备及其染料废水中的应用
表1 不同种类脱硫剂的脱硫效率
参数
污泥活性炭商业活性炭
孔容积/(cm 3・g -1) 微孔容积/(cm 3・g -1)
0. 250. 11
0. 110. 07
平均孔径/nm
5. 6218. 44
比表面积/(m 2・g -1)
381. 62634. 91
碘值/(mg ・g -1)
374. 10475. 42
产率/%
44. 15-
图1 实验装置流程图
而利用水蒸气进行碳的氧化反应, 炭化污泥表面受
到侵蚀, 炭化物的细孔结构更加发达, 微孔比例提高, 使得其孔隙率进一步提高, 这一点从生物质活性炭的不同放大倍数的SEM 图(见图2) 中也可以看出。生物质活性炭表面呈现不规则的多孔结构, 以及较高的孔隙率, 对废水的色度等有较好的吸附效果。为测试生物质活性炭的吸附能力, 以下选用酸性大红GR 模拟染料废水进行吸附实验
。
1. 2 染料废水吸附实验
取300mg/L 的酸性大红GR 染料废水10mL , 投加一定量的污泥活性炭, 在恒温振荡器内振荡一定时间, 离心(4000r/min ,5min ) 测定其TOC 和色度1. 3 吸附等温线 mg/L 的酸性大红GR 溶液作模拟废水水样, 依次稀释1. 00、1. 25、2. 50、5. 00、10. 00倍的废水, 作为标准溶液, 加入0. 2g 污泥活性炭, 放入温度为25℃, 转速为150r/min 的恒温振荡箱中, 吸附饱和后, 测定溶液的浓度, 所得数据作吸附等温线。1. 4 分析方法 生物质活性炭吸附剂碘值:依据G B 7702. 7—1997测定; 污泥活性炭产率:利用产物与实验干污泥重量比值计算得出; 孔径分布:ASAP 2010M +C 比表面积、孔隙度分析仪; 形状扫描:S 22150型扫描电子显微镜(SEM ) ; 产率:采用重量法计算; 废水TOC 值:N/C 3000型总有机碳-总氮分析仪(德国耶拿) ; 色度脱除率:UV22102PCS 型紫外可见光分光光度计扫描计算测得。2
图2 生物质活性炭的SE M 图
生物质活性炭在染料废水中的应用
2. 2. 1 吸附时间对吸附效果的影响 称取污泥活性炭0. 2g , 加入到10mL 酸性大红GR 废水中, 测定脱色率及TOC 去除率, 探讨吸附时间对吸附效果的影响, 结果如图3所示
。2. 2
图3 吸附时间对去除率的影响
结果与讨论
2. 1 生物质活性炭的性能
生物质活性炭吸附剂的有关性能指标如表1所示。
由表1可知, 生物质活性炭平均孔径为5. 62nm , 生物质活性炭孔大都属于微孔和过渡孔, 其中微孔占大部分; 孔容积也较普通商品活性炭大, 达0. 25cm 3/g , 其中微孔容积为0. 11cm 3/g , 相当于该商品活性炭的孔容积, 这是因为以氯化锌作为活化剂, 起到脱水作用, 脱除了污泥中的水分, 并抑制了热解过程中焦油的产生, 在吸附剂的形成过程中有重要作用, 对吸附剂孔隙结构的形成有一定帮助,
由图3可知, 反应时间越长, 脱色率及TOC 去除效果越好。在15min 时, TOC 的去除率为99. 5%, 脱色率为99. 6%; 当吸附时间为20min 时, TOC 的去除率为99. 6%, 脱色率为99. 7%, 基本趋于平衡。从而确定最佳反应时间为15min 。2. 2. 2 活性炭投加量对吸附效果的影响
分别称取不同质量的生物质活性炭, 加入10mL 染料废水中, 反应15min 后, 测定脱色率及TOC 去除率, 探讨活性炭投加量对吸附效果的影响(见图4) 。 由图4可知, 在室温下, 当投加量为1. 5%(质量分数, 下同) 时, 脱色率为98%, TOC 去除率为99. 1%; 当投加量为2%时, 脱色率和TOC 去除率
・609・
环境污染与防治 第28卷 第8期 2006年8月
分别为99. 6%、99. 7%, 此后随着投加量的增加, 脱色率和TOC 去除率都增加很少, 因此生物质活性炭的最佳投加量为2%
。
0. 531, Q 0=29. 412, 吸附等温式为:0. 034c
(R =0. 984) 。
=0. 064+Q
图6 Freundlich 吸附等温线
图4 活性炭投加量对去除率的影响
2. 2. 3 p H 对吸附效果的影响
为了确定p H 对吸附效果的影响, 在投加量为
2%, 吸附时间为15min , 不同p H (采用NaO H 和HCl 调节) 的条件下进行实验
, 结果如图5所示。
图7 Langmuir 吸附等温线
图5 去除率对pH 的影响
由图5可知, 染料废水的p H 在3～13变化时,
脱色率和TOC 的去除率分别在98. 3%～99. 9%、97. 4%～99. 9%变化。p H >7时, 因为活性炭吸附水合氢氧根离子而表面带负电, 和同样带负电的酸性大红GR 离子产生静电斥力, 所以脱色率和TOC 的去除率偏低。但从整体来看,p H 的变化对染料废水的脱色率和TOC 去除率没有太大的影响。2. 2. 4 吸附等温线 在吸附平衡研究中, 描述吸附等温线最常用的表达式是Freundlich 方程和Langmuir 方程。Fre 2undlich 方程的线性化形式为:
(1) lg Q =lg k +lg c
n
从图6、图7的线性回归结果可知, Freundlich
和Langmuir 方程都能很好地描述酸性大红GR 在生物质活性炭上的吸附。3
结 论
Langmuir 方程的线性化形式为:
=+
Q
Q 0
bQ 0
(2)
(1) 利用城市污水厂二沉池回流污泥为原料,
在600℃, 采用水蒸气为活化气, 活化1h , 制备出性能良好的活性炭吸附剂。其碘吸附值为374. 10mg/g , 比表面积为381. 62m 2/g , 孔容积为0. 25cm 3/g , 其中, 微孔容积为0. 11cm 3/g , 所占的比例较大。
(2) 将生物质活性炭应用于染料废水的处理, 当投加量为2%, 经过15min , 对酸性大红GR 染料废水色度去除率可达99. 6%, TOC 去除率可达99. 7%; 而p H 的变化对吸附效果影响不大。对吸附等温线进行回归分析,Freundlich 和Langmuir 方程都能很好地描述酸性大红GR 在生物质活性炭吸附剂上的吸附。参考文献
[1] 张自杰. 排水工程[M ].第4版. 北京:中国建筑工业出版社,
1999:3282330. [2] 万洪云. 利用活性污泥制造活性炭的研究[J].干旱环境监测,
2000,14(4) :2022207. [3] 王道江. 利用活性污泥制造水处理吸附剂[J].环境污染与防
治,1982,4(3) :15.[4] Jeyaseelan S ,Lu G Q. Development of adsorption/catalyst from mu 2
nicipal wastewater sludge[J].Wat. Sci. T ech. ,1996,34(3) :4992505.
式中:Q 为平衡吸附量, mg/g ; c 为平衡浓度,
mg/L ; b 、k 、Q 0为常数。 染料在生物质活性炭上的吸附数据对Freundl 2ich 方程的拟合结果见图6, 所得结果为直线, 可分别算出, k =0. 919, n =1. 832, 吸附等温式为:lgQ =0. 010+0. 546lg c (R =0. 929) 。 染料在生物质活性炭上吸附数据对Langmuir 方程的拟合结果见图7, 经线性回归计算:b =・610・
张峰等 活性污泥法处理过程中泡沫问题的产生与控制
活性污泥法处理过程中泡沫问题的产生与控制
张峰1
周国光2
(1. 华东理工大学环境工程系, 上海200237;2. 上海多佳水处理科技有限公司, 上海200237)
摘要 活性污泥法运行过程中经常受泡沫问题的影响, 导致处理效果的降低以及运行费用的提高。大量研究表明, 污泥中某
些丝状菌或放线菌的过度增殖是造成活性污泥工艺中泡沫问题的主要原因。讨论了活性污泥过程中泡沫的产生原因、已知的发泡微生物的种类、影响发泡的环境因素和过程参数及常用的泡沫控制技术, 并对污泥消化过程中的泡沫问题作了简单的介绍。
关键词活性污泥工艺丝状菌泡沫
Formation and control of foaming in activated sludge plants Zhang Feng 1, Zhou Guoguang 2. (1. Department of En 2vi ronmental Engineering , East China Universit y of S cience and Technolog y , S hanghai ; 2. S hanghai D uo J ia W ater T reatment Co. , S hanghai 200237)
Abstract : Severe foaming in activated sludge plant cost perform 2ance. The foam is caused by the excessive of in activated sludge mixed liquor. This of responsible microorganisms , environmental factors and form formation of foam as well as some effective foam control strategies. The anaerobic sludge digester is also presented.
K eyw ords : Activated sludge process
Filamentous bacteria
Foaming
活性污泥法是目前城市污水处理厂应用最为广
泛的生物处理方法之一。据报道, 采用活性污泥法的污水处理厂普遍存在泡沫问题, 使得污水处理厂的操作、运行和控制都产生了一定的困难, 严重影响了出水水质。对澳大利亚昆士兰州的调查显示,50个采用活性污泥法的污水处理厂中有46个受到不同程度的泡沫问题的影响[1]314; 美国108家采用活性污泥法的污水处理厂中有56%受到泡沫问题的困扰[2]。法国的调查显示,6013个污水处理厂中有20%受到泡沫问题的长期影响, 而采用延时曝气方式的污水厂中更是有87%受到泡沫问题影响[3]。据不完全统计, 中国采用活性污泥法的城市污水处理厂中也有近50%出现过不同程度的泡沫问题[4]。泡沫问题已成为近年来活性污泥法运行操作中较为突出的问题。 采用活性污泥法处理污水过程中, 在曝气池与二沉池内出现的泡沫问题很早就引起人们的关注。早在1969年,Ano n [5]就对活性污泥法处理过程中
的生物泡沫进行了报道。近30年来, 关于好氧生物处理过程中的泡沫形成问题有大量的报道。多数研究者认为, 当污泥中微丝菌和诺卡氏菌大量存在时会形成稳定的泡沫[628]。然而, 对于为何污泥中微丝菌和诺卡氏菌会占优势以及这些菌种是如何形成稳定的泡沫等问题至今仍存在着一些争议[9]。另外, 目前关于活性污泥法处理污水过程中泡沫问题的研究主要集中于曝气池与二沉池泡沫, 对污泥厌氧消化池中发生的泡沫问题的研究则相对较少。 本文讨论活性污泥过程中泡沫的产生原因、引起生物泡沫的微生物、发泡影响因素、泡沫的危害及常用的泡沫控制方法, 同时也对污泥消化过程中的厌氧泡沫作了一些介绍。1
活性污泥工艺中泡沫的产生
选择性浮选理论能较好地对活性污泥过程中的发泡现象进行解释[10]1003。曝气系统的连续运行使得曝气池内气液两相得以充分的接触, 在液相中产
第一作者:张 峰, 男,1981年生, 硕士研究生, 主要从事水污染控制研究。
[5] Martin M J , Serra E , Ros A , et al. Carbonaceous adsorbent s from sewage sludge and t heir application in a combined activa 2ted sludge 2powdered activated carbon treat ment [J ].Carbon , 2004, 42:138321388.
[6] Zhang F S , Jerome O N , Hideaki I. Mercury removal from wa 2
ter using activated carbons derived from organic sewage sludge
[J].Water Research ,2005,39:3892395.
[7] 任爱玲, 王启山, 贺君. 城市污水处理厂污泥制活性炭的研究
[J].环境科学,2004,25:48251.
责任编辑:陈泽军 (修改稿收到日期:2006202215)
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环境污染与防治 第28卷 第8期 2006年8月
生物质活性炭的制备及其染料废水中的应用
尹炳奎1
朱石清2
朱南文1#
员帅波1
寿宗奇1
(1. 上海交通大学环境科学与工程学院, 上海200240;2. 上海市水务局, 上海200003)
摘要 以城市污水厂活性污泥为原料, 用3mol/L ZnCl 2溶液活化, 通入水蒸气作活化气制备活性炭吸附剂。实验结果表明,
温度为600℃条件下, 活化时间为1h , 制得的活性炭其碘吸附值为374. 10mg/g , 比表面积为381. 62m 2/g , 孔容积为0. 25cm 3/g , 微孔容积为0. 11cm 3/g 。并进一步将生物质活性炭应用于染料废水的处理, 考察了吸附时间、活性炭投加量和p H 对色度及TOC 的脱除效果的影响。室温下, 酸性大红GR 染料废水初始浓度为300mg/L , 污泥活性炭的最佳投加量为2%(质量分数) , 吸附15
min , 废水色度脱除率可达99. 6%, TOC 去除率可达99. 7%, 利用等温吸附实验作吸附等温线, 吸附等温线可以用Freundlich 或Langmuir 方程描述。
关键词 活性污泥活性炭吸附染料废水
Preparation of activated carbon from activated sludge and its B ingkui 1, Zhu S hiqing 2, Zhu N anwen 1, Yun S huaibo 1, S hou S Engineering , S hanghai J iaotong Universit y , S ; 2. y , S hanghai 200003)
Abstract :treatment plant was first dried at 105℃and ground (1～2mm ) and L ZnCl 2solution for 24h ; the centrif uged cake was dried and steam activated at 600℃for 1h , and the product was washed to remove the ZnCl 2and other inorganic impurities and finally dried again to result in the activated carbon. The activated carbon exhibited an iodine capacity of 374. 1mg/g , a B ET surface area of 381. 62m 2/g and pore volume of 0. 25cm 3/g and a micropore volume of 0. 11cm 3/g. The capacities of this carbon for color and TOC of a simulated dye wastewater were well represented by both the Freundlich and the Langmuir ad 2sorption isotherm models ; higher capacities were obtained at a neutral p H. The activated carbon prepared f rom sew 2age treatment plant activated sludge may be attractive for treating dye wastewater.
K eyw ords : Activated sludge
Activated carbon
Adsorption isotherm models
Dye wastewater
污泥是污水处理厂污水处理过程中的二次产物, 城市污水厂每天都会产生大量的污泥。由于污泥除含有大量的水分外, 还含有难降解的有机物、重金属和盐类, 以及少量的病原微生物和寄生虫卵等。如果处理不当, 会对周围环境造成一定的危害[1]。因此, 如何有效地处理处置污泥? 近年来成为我国乃至西方工业发达国家环境界的一个热点课题。污泥处置主要有农用、填埋、焚烧、建材利用等几种可行的处置方式。随着循环经济理念的兴起, 研究采用合适的办法对污泥进行循环利用, 越来越受人关注。 利用污泥制取活性炭, 是一种符合循环经济理念的污泥处置方式。目前, 国内外有学者以混合污泥为原料, 在马福炉中以氮气为保护气, 炭化制得性能较好的吸附剂[227]。而以活性污泥为原料, 水蒸气为活化气制备活性炭, 目前尚未见报道。笔者采用城市污水处理厂的二沉池回流污泥为原料, 以简单易得的水蒸气为活化气, 通过前期处理、活化
温度调整等措施, 制得性能优良的活性炭, 并将制
得的活性炭吸附剂应用于染料废水处理, 取得了较好的效果。11. 1
实验部分
生物质活性炭的制备 实验装置如图1所示。污泥取自上海市某污水处理厂, 其挥发性悬浮固体含量(质量分数) 为(71. 5
) , 研磨至粒径1±2. 1) %, 经真空烘箱烘干(105℃
～2mm , 所得干污泥用3mol/L ZnCl 2(固液质量比为1∶2. 5) 浸泡24h 。离心回收上清液, 烘干至恒重。称取干污泥15g , 采用S K222210型高温管式电阻炉, 以水蒸气作活化气(流量为20L/h ) , 以40℃/min 的升温速率加热至600℃活化1h , 制得污泥活性炭吸附剂。尾气采用废酸液吸收, 无恶臭气体进入环境。制得的粗产品用HCl 和蒸馏水反复冲洗, 以除去ZnCl 2及其他无机物, 然后低温干燥至恒重备用。
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第一作者:尹炳奎, 男,1981年生, 硕士研究生, 主要从事污泥深度处理及资源化等方面的研究。通讯作者。
・608・
尹炳奎等 生物质活性炭的制备及其染料废水中的应用
表1 不同种类脱硫剂的脱硫效率
参数
污泥活性炭商业活性炭
孔容积/(cm 3・g -1) 微孔容积/(cm 3・g -1)
0. 250. 11
0. 110. 07
平均孔径/nm
5. 6218. 44
比表面积/(m 2・g -1)
381. 62634. 91
碘值/(mg ・g -1)
374. 10475. 42
产率/%
44. 15-
图1 实验装置流程图
而利用水蒸气进行碳的氧化反应, 炭化污泥表面受
到侵蚀, 炭化物的细孔结构更加发达, 微孔比例提高, 使得其孔隙率进一步提高, 这一点从生物质活性炭的不同放大倍数的SEM 图(见图2) 中也可以看出。生物质活性炭表面呈现不规则的多孔结构, 以及较高的孔隙率, 对废水的色度等有较好的吸附效果。为测试生物质活性炭的吸附能力, 以下选用酸性大红GR 模拟染料废水进行吸附实验
。
1. 2 染料废水吸附实验
取300mg/L 的酸性大红GR 染料废水10mL , 投加一定量的污泥活性炭, 在恒温振荡器内振荡一定时间, 离心(4000r/min ,5min ) 测定其TOC 和色度1. 3 吸附等温线 mg/L 的酸性大红GR 溶液作模拟废水水样, 依次稀释1. 00、1. 25、2. 50、5. 00、10. 00倍的废水, 作为标准溶液, 加入0. 2g 污泥活性炭, 放入温度为25℃, 转速为150r/min 的恒温振荡箱中, 吸附饱和后, 测定溶液的浓度, 所得数据作吸附等温线。1. 4 分析方法 生物质活性炭吸附剂碘值:依据G B 7702. 7—1997测定; 污泥活性炭产率:利用产物与实验干污泥重量比值计算得出; 孔径分布:ASAP 2010M +C 比表面积、孔隙度分析仪; 形状扫描:S 22150型扫描电子显微镜(SEM ) ; 产率:采用重量法计算; 废水TOC 值:N/C 3000型总有机碳-总氮分析仪(德国耶拿) ; 色度脱除率:UV22102PCS 型紫外可见光分光光度计扫描计算测得。2
图2 生物质活性炭的SE M 图
生物质活性炭在染料废水中的应用
2. 2. 1 吸附时间对吸附效果的影响 称取污泥活性炭0. 2g , 加入到10mL 酸性大红GR 废水中, 测定脱色率及TOC 去除率, 探讨吸附时间对吸附效果的影响, 结果如图3所示
。2. 2
图3 吸附时间对去除率的影响
结果与讨论
2. 1 生物质活性炭的性能
生物质活性炭吸附剂的有关性能指标如表1所示。
由表1可知, 生物质活性炭平均孔径为5. 62nm , 生物质活性炭孔大都属于微孔和过渡孔, 其中微孔占大部分; 孔容积也较普通商品活性炭大, 达0. 25cm 3/g , 其中微孔容积为0. 11cm 3/g , 相当于该商品活性炭的孔容积, 这是因为以氯化锌作为活化剂, 起到脱水作用, 脱除了污泥中的水分, 并抑制了热解过程中焦油的产生, 在吸附剂的形成过程中有重要作用, 对吸附剂孔隙结构的形成有一定帮助,
由图3可知, 反应时间越长, 脱色率及TOC 去除效果越好。在15min 时, TOC 的去除率为99. 5%, 脱色率为99. 6%; 当吸附时间为20min 时, TOC 的去除率为99. 6%, 脱色率为99. 7%, 基本趋于平衡。从而确定最佳反应时间为15min 。2. 2. 2 活性炭投加量对吸附效果的影响
分别称取不同质量的生物质活性炭, 加入10mL 染料废水中, 反应15min 后, 测定脱色率及TOC 去除率, 探讨活性炭投加量对吸附效果的影响(见图4) 。 由图4可知, 在室温下, 当投加量为1. 5%(质量分数, 下同) 时, 脱色率为98%, TOC 去除率为99. 1%; 当投加量为2%时, 脱色率和TOC 去除率
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分别为99. 6%、99. 7%, 此后随着投加量的增加, 脱色率和TOC 去除率都增加很少, 因此生物质活性炭的最佳投加量为2%
。
0. 531, Q 0=29. 412, 吸附等温式为:0. 034c
(R =0. 984) 。
=0. 064+Q
图6 Freundlich 吸附等温线
图4 活性炭投加量对去除率的影响
2. 2. 3 p H 对吸附效果的影响
为了确定p H 对吸附效果的影响, 在投加量为
2%, 吸附时间为15min , 不同p H (采用NaO H 和HCl 调节) 的条件下进行实验
, 结果如图5所示。
图7 Langmuir 吸附等温线
图5 去除率对pH 的影响
由图5可知, 染料废水的p H 在3～13变化时,
脱色率和TOC 的去除率分别在98. 3%～99. 9%、97. 4%～99. 9%变化。p H >7时, 因为活性炭吸附水合氢氧根离子而表面带负电, 和同样带负电的酸性大红GR 离子产生静电斥力, 所以脱色率和TOC 的去除率偏低。但从整体来看,p H 的变化对染料废水的脱色率和TOC 去除率没有太大的影响。2. 2. 4 吸附等温线 在吸附平衡研究中, 描述吸附等温线最常用的表达式是Freundlich 方程和Langmuir 方程。Fre 2undlich 方程的线性化形式为:
(1) lg Q =lg k +lg c
n
从图6、图7的线性回归结果可知, Freundlich
和Langmuir 方程都能很好地描述酸性大红GR 在生物质活性炭上的吸附。3
结 论
Langmuir 方程的线性化形式为:
=+
Q
Q 0
bQ 0
(2)
(1) 利用城市污水厂二沉池回流污泥为原料,
在600℃, 采用水蒸气为活化气, 活化1h , 制备出性能良好的活性炭吸附剂。其碘吸附值为374. 10mg/g , 比表面积为381. 62m 2/g , 孔容积为0. 25cm 3/g , 其中, 微孔容积为0. 11cm 3/g , 所占的比例较大。
(2) 将生物质活性炭应用于染料废水的处理, 当投加量为2%, 经过15min , 对酸性大红GR 染料废水色度去除率可达99. 6%, TOC 去除率可达99. 7%; 而p H 的变化对吸附效果影响不大。对吸附等温线进行回归分析,Freundlich 和Langmuir 方程都能很好地描述酸性大红GR 在生物质活性炭吸附剂上的吸附。参考文献
[1] 张自杰. 排水工程[M ].第4版. 北京:中国建筑工业出版社,
1999:3282330. [2] 万洪云. 利用活性污泥制造活性炭的研究[J].干旱环境监测,
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nicipal wastewater sludge[J].Wat. Sci. T ech. ,1996,34(3) :4992505.
式中:Q 为平衡吸附量, mg/g ; c 为平衡浓度,
mg/L ; b 、k 、Q 0为常数。 染料在生物质活性炭上的吸附数据对Freundl 2ich 方程的拟合结果见图6, 所得结果为直线, 可分别算出, k =0. 919, n =1. 832, 吸附等温式为:lgQ =0. 010+0. 546lg c (R =0. 929) 。 染料在生物质活性炭上吸附数据对Langmuir 方程的拟合结果见图7, 经线性回归计算:b =・610・
张峰等 活性污泥法处理过程中泡沫问题的产生与控制
活性污泥法处理过程中泡沫问题的产生与控制
张峰1
周国光2
(1. 华东理工大学环境工程系, 上海200237;2. 上海多佳水处理科技有限公司, 上海200237)
摘要 活性污泥法运行过程中经常受泡沫问题的影响, 导致处理效果的降低以及运行费用的提高。大量研究表明, 污泥中某
些丝状菌或放线菌的过度增殖是造成活性污泥工艺中泡沫问题的主要原因。讨论了活性污泥过程中泡沫的产生原因、已知的发泡微生物的种类、影响发泡的环境因素和过程参数及常用的泡沫控制技术, 并对污泥消化过程中的泡沫问题作了简单的介绍。
关键词活性污泥工艺丝状菌泡沫
Formation and control of foaming in activated sludge plants Zhang Feng 1, Zhou Guoguang 2. (1. Department of En 2vi ronmental Engineering , East China Universit y of S cience and Technolog y , S hanghai ; 2. S hanghai D uo J ia W ater T reatment Co. , S hanghai 200237)
Abstract : Severe foaming in activated sludge plant cost perform 2ance. The foam is caused by the excessive of in activated sludge mixed liquor. This of responsible microorganisms , environmental factors and form formation of foam as well as some effective foam control strategies. The anaerobic sludge digester is also presented.
K eyw ords : Activated sludge process
Filamentous bacteria
Foaming
活性污泥法是目前城市污水处理厂应用最为广
泛的生物处理方法之一。据报道, 采用活性污泥法的污水处理厂普遍存在泡沫问题, 使得污水处理厂的操作、运行和控制都产生了一定的困难, 严重影响了出水水质。对澳大利亚昆士兰州的调查显示,50个采用活性污泥法的污水处理厂中有46个受到不同程度的泡沫问题的影响[1]314; 美国108家采用活性污泥法的污水处理厂中有56%受到泡沫问题的困扰[2]。法国的调查显示,6013个污水处理厂中有20%受到泡沫问题的长期影响, 而采用延时曝气方式的污水厂中更是有87%受到泡沫问题影响[3]。据不完全统计, 中国采用活性污泥法的城市污水处理厂中也有近50%出现过不同程度的泡沫问题[4]。泡沫问题已成为近年来活性污泥法运行操作中较为突出的问题。 采用活性污泥法处理污水过程中, 在曝气池与二沉池内出现的泡沫问题很早就引起人们的关注。早在1969年,Ano n [5]就对活性污泥法处理过程中
的生物泡沫进行了报道。近30年来, 关于好氧生物处理过程中的泡沫形成问题有大量的报道。多数研究者认为, 当污泥中微丝菌和诺卡氏菌大量存在时会形成稳定的泡沫[628]。然而, 对于为何污泥中微丝菌和诺卡氏菌会占优势以及这些菌种是如何形成稳定的泡沫等问题至今仍存在着一些争议[9]。另外, 目前关于活性污泥法处理污水过程中泡沫问题的研究主要集中于曝气池与二沉池泡沫, 对污泥厌氧消化池中发生的泡沫问题的研究则相对较少。 本文讨论活性污泥过程中泡沫的产生原因、引起生物泡沫的微生物、发泡影响因素、泡沫的危害及常用的泡沫控制方法, 同时也对污泥消化过程中的厌氧泡沫作了一些介绍。1
活性污泥工艺中泡沫的产生
选择性浮选理论能较好地对活性污泥过程中的发泡现象进行解释[10]1003。曝气系统的连续运行使得曝气池内气液两相得以充分的接触, 在液相中产
第一作者:张 峰, 男,1981年生, 硕士研究生, 主要从事水污染控制研究。
[5] Martin M J , Serra E , Ros A , et al. Carbonaceous adsorbent s from sewage sludge and t heir application in a combined activa 2ted sludge 2powdered activated carbon treat ment [J ].Carbon , 2004, 42:138321388.
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责任编辑:陈泽军 (修改稿收到日期:2006202215)
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