【屠宰污水处理】柱生物曝气法吸附处理含铬废水
【屠宰废水处理】柱式生物曝气吸附处理含铬废水
生物吸附具有效率高、无二次污染、吸附材料来源广泛等优点，成为近年来高效、环境友好的重金属废水处理技术与工艺研发的热点。但目前该领域的研究报道主要集中在吸附菌株的筛选、单株菌株的吸附性能、吸附剂的表面特性、吸附动力学以及生物解吸等方面。筛选出的生物吸附材料存在相应的不足，如单株菌株对生长条件要求高，对重金属废水的缓冲能力和抗毒性不足；活性污泥对重金属的吸附能力低且容易解絮凝；目前还未见有关生物吸附过程研究的系统报道。因此，开发高效的生物吸附剂和处理工艺将是将生物吸附应用于重金属废水处理的重要途径。 本研究以复合吸附剂FY01和活性污泥为吸附材料，探究柱式生物曝气对高浓度含铬电镀废水的生物吸附效果。
1 材料和方法
1.1 实验材料
复合生物吸附剂（FY01）：由暨南大学环境工程系配制并保存。电镀废水：采集自广东省阳江市某电镀厂，总Cr、
cr”、Cu”、COD分别为60.4、55.3、4.51、48.2mg/L，pH为2.95。活性污泥：收集自中石化广州分公司污水处理厂，含水率约85%。
1.2 实验装置
实验装置如图1所示，玻璃吸附柱规格为5cm×40cm，底部设置刚玉曝气头。
1.3 复合生物吸附剂的制备
在100mg/L含铬培养基(葡萄糖15g/L、牛肉膏2g/L、蛋白胨2g/L、酵母膏粉2g/L)中，接种产朊假丝酵母、黑曲霉、枯草芽孢杆菌、酵母菌属YJS、酵母菌属、芽孢杆菌属、根霉属等微生物及电镀厂污染土壤，摇床培养3d，将混合溶液按接种量的1/10接种到新鲜的含铬培养基中。 重复移植10次后，将混合溶液接种到无铬培养基中进行扩大培养，将提取的菌体与聚苯乙烯凝胶球和植物碎片混合物混合，制备成粒径为2~3mm、含水量约80%、菌体含量为10~10CFU/g的复合生物吸附剂，保存备用。
1.4 吸附实验
在吸附柱中加入10 g复合生物吸附剂和5 g活性污泥，废水以连续下流方式加入吸附柱中，流速由流量计控制，水从底部连续出水并曝气，在不同时间取水，测定总Cr含量和pH值，每次实验更换生物吸附剂材料。
1.5 分析方法
总Cr、Cr测定采用二苯碳酰二肼比色法；铜测定采用原子吸收法，所用原子吸收分光光度计为北京第二光学仪器厂生产的WFX-1C型；COD测定采用重铬酸钾法；pH测定采用上海雷磁厂生产的PHS-3C型pH计。
2 结果与分析
2.1 电镀废水pH对吸附的影响
对11个电镀废水样品，进水量为500 mL/h，调节pH为1～11，处理2 h后铬去除率及出水pH变化情况如图2所示。与单菌株生物吸附剂相比，复合生物吸附剂对进水pH的适应性有明显的优势，当进水pH为1～6时，对60.4 mg/L铬的去除率高达60.4%～83.0%，表现出较强的抵抗废水pH影响的能力。这主要是因为FY01是由多株菌株组成，部分菌株对铬、铜等重金属废水具有较强的生物吸附和体内富集性能。 细菌群落中不同菌株在相应的适宜pH值下(如酿酒酵母适宜pH=2~4，产朊假丝酵母适宜pH=2~3)均能有效还原Cr，实现对总Cr的吸附和积累，对Cr的还原作用如公式(1)~(3)L 3,9j所示：
Cr20;一+6e+14H — 2cr +7H20 （1）
CrO]一+3e+8H ---,Cr¨+4H 0 (2)
从上述反应可以看出，铬的还原需要消耗电子和以[H]表示的还原力。如公式（1）和（2）所示，在电解处理重金属铬时，电子的供应是由直流电产生的。在利用生物吸附法处理含铬废水时，在酸性废水中，微生物会优先利用水体中的[H]，使得处理后的出水pH升高并趋近中性；在碱性废水中，这些电子和还原性物质的产生主要来自于微生物体内大分子葡萄糖、脂质和蛋白质的分解，而产生的[H]有一部分分泌到水体中，从而使水体的pH降低。当不同种属的微生物在适当的pH下对铬进行还原吸附时，水样的pH发生改变，使其适合于其他微生物对铬的吸附。 同时活性污泥具有缓冲pH的作用，使得水样pH适合复合生物吸附剂的生长和重金属的生物吸附。以下实验均不对电镀废水进行预处理，均在原水pH下进行。因为这个pH值与大多数金属表面处理行业含重金属废水的pH值接近；同时，这个值处于适宜pH平台值的中间，容易控制。研究结果在实际应用中有很好的参考价值。
2.2 电镀废水总浓度对铬生物吸附的影响
FYO1处理进水量为500 mL/h、浓度为5.0～60.4 mg/L的电镀废水2 h后结果如图3所示，去除率随浓度的升高而降低。其中10 g FY01与5 g污泥联合使用对高浓度铬的处理效果理想，运行稳定，且能形成矾花，沉淀性能良好。停止曝气3 min后，能很好地达到固液分离。去除率与铬浓度曲线平缓，表明该吸附剂吸附容量较大，且抗冲击性能理想。在铬浓度为60.4 mg/L时，吸附曲线并未出现明显的下降趋势。单独使用15 g活性污泥处理废水时，污泥抵抗铬冲击的能力较弱。 当铬浓度>20 mg/L时，污泥出现明显的解絮凝现象，对60.4 mg/L铬的去除率仅为7.5%。
吸附剂与污泥的协同作用主要源于活性污泥可以为生物吸附剂提供稳定的缓冲环境，同时污泥中的微生物也具备一定的解毒能力；在这种缓冲环境中，生物吸附剂对铬的高效还原解毒能力是铬生物去除的关键。经过还原后，毒性较高的“铬”转化为毒性较低的“铬”，有效降低了铬对污泥及FY01的毒性危害，而污泥仍能以细菌絮体形式存在。
2.3 吸附测试结果
图4表明，随着处理水量的增加，铬的去除效率降低；吸附量的变化趋势差异较大。其中，在出水量0～1000 mL时，10 g FY01和5 g活性污泥对铬的吸附量迅速增加并接近吸附饱和，饱和吸附量为3.1～3.37 mg/g。出水量在200～800 mL时15 g活性污泥对铬的吸附量较高，随后降低。这是因为单独使用污泥作为吸附材料处理电镀废水时，水量过大会造成细菌絮体解体，铬会解吸。
2.4 进样流量对铬吸附的影响
图5为两种吸附材料在不同进水流量下处理电镀废水2 h的实验结果。处理水量随进水流量的增加而增加，当流量达到500 mL/h，处理水量达到1 000 mL时，10 g FY01和5 g污泥的铬去除效率下降较快。在较低的进水流量下，15 g污泥的铬去除效率下降较快。这与铬的吸附容量小、伊纳尼的还原解毒能力不足等因素有关。
2.5 生物吸附剂的稳定性
吸附性能的稳定性直接影响生物吸附剂的研究价值和实际应用价值。本试验对储存在4℃冰箱和23~28℃实验室中的FY01进行了不同时间的吸附实验，如图6所示。结果表明，FY01具有理想的吸附稳定性，经过50天内连续10次吸附实验，对60.4 ms/L铬的去除率变化范围分别在5%和7%以内。因此可以判断FYO1的微生物群落组成处于动态平衡状态。
2.6 双塔串联生物吸附实验
采用装填10 g FYO1与5 g污泥的吸附柱串联处理1000 mL/h电镀废水2 h的结果如图7所示。串联生物曝气工艺对含铬废水的处理效果理想，铬的去除率在90%以上，比单柱效率提高10%；出水pH值在6.15～6.61之间。在此处理过程中，第二吸附柱的进水为第一柱的出水，总铬浓度已降至原水的60%左右。六价铬已被有效还原为毒性较低的三价铬，有利于第二吸附柱中的生物吸附材料在体内富集铬，促进生物去除铬。串联方式还减少了废水短路对处理效果的影响。
2.7单柱吸附法和串联柱吸附法处理含铬电镀废水
本试验采用单柱吸附法和串联柱吸附法处理电镀废水，每柱装填10g FY01和5g活性污泥，单柱处理废水，双柱处理废水，处理时间为2h。图8结果显示串联法处理电镀废水效果很好，废水中60.4μg/L总Cr、4.51mg/L Cu和48.2mg/L COD的去除率分别高达92.1%、99.2%和71.4%。
3 结论
（1）复合生物吸附剂FY01对高浓度含铬电镀废水具有良好的处理效果，抵抗进水pH冲击能力强，吸附性能稳定。当进水pH=2～5、流速为500 mL/h时，在总Cr浓度为60.4 mg/L的电镀废水中，10 g FY01与5 g活性污泥作用2 h，总Cr去除率达78%以上；饱和吸附容量为3.12～3.37 mg/g；FY01在4cc冰箱与23～28cc实验室中储存50天，铬去除率差异分别在5%和7%以内。
(2)柱状生物曝气吸附法处理含铬废水效果理想且运行稳定，对2 000 mL电镀废水（总Cr、Cu、COD浓度分别为60.4、4.51、48.2 mg/L）串联处理2 h后，去除率分别高达92.1%、99.2%、71.4%。
本文【屠宰场废水处理】柱式生物曝气法吸附处理含铬废水关键词：污水处理，污水处理技术，污水处理，屠宰场废水处理，柱式生物曝气法吸附处理含铬废水