ABSTRACT

At present, the heavy metal pollution is one of the important problems in environment pollution treatment. In this paper, the adsorption characteristic of the copper is studied by using two kinds of activated sludge. The influence of adding quantity of sludge and the pH on the copper adsorption rate is explored. The results show that the activated sludge has certain adsorption property for the heavy metal copper. The adsorption property of flocculent activated sludge is prior to that of the granular sludge. The removal rate of copper iron increases gradually and goes to stability following the adding quantity of activated sludge. The value of pH has important effect on the adsorption rate of activated sludge and there is an optimal value of pH to obtain high adsorption rate.

Keywords:Cu²⁺, Activated Sludge, Adsorption Rate, pH

活性污泥吸附重金属铜的实验研究

罗凯洋

山东省青岛第十九中学，山东 青岛

收稿日期：2016年9月30日；录用日期：2016年10月18日；发布日期：2016年10月21日

摘 要

重金属污染已为当前环境污染处理的重要问题之一。本文研究了两种活性污泥对重金属铜的吸附特性，测定活性污泥对铜离子的吸附率；探讨了污泥添加量、初始pH值对铜吸附率的影响。结果表明：活性污泥对重金属铜具有一定的吸附性能，絮状活性污泥的吸附性能优于颗粒状活性污泥；随着活性污泥添加量的增加，铜的去除率逐渐增大并趋于稳定；活性污泥吸附率受pH影响较大，且存在一最佳值。

关键词 :Cu²⁺，活性污泥，吸收率，pH值

1. 引言

近十几年来，随着工业的迅速发展，我国重金属废水的排放量迅猛增长，水体重金属污染已经成为当前我国重点环境问题之一。

铜是环境水质污染物的重要重金属监测指标之一，其对水生生物毒性很大，直接危害人类的生活 [1] ，重金属的污染治理已经受到世界各国的高度重视。传统的重金属废水处理方法有化学沉淀法、电解法、离子交换法、吸附法、氧化还原法、铁氧化法、电渗析法和膜分离法等，国内外学者在这方面开展了大量的研究。张兰河 [2] 等研究了Cu²⁺对活性污泥沉降性能、zeta电位和COD去除率等性质的影响，为污水厂的运行提供了理论基础，但没有探讨活性污泥对铜吸附及去除的影响。张莹 [3] 仅仅分析了电镀废水中铜的回收意义、处理措施及手段，未涉及活性污泥处理废水的方法。蒋成爱等 [4] [5] 研究了剩余活性污泥对重金属的吸附情况，发现污泥对重金属Cu和Zn都有较好的吸附，且pH值对吸附率的影响较大。张启亮 [6] 等研究了活性污泥对不同重金属离子的吸附特性，结果表明活性污泥对Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺三种金属离子的吸附能力较强，而对Ni²⁺和Cr²⁺的吸附能力较弱。许丹 [7] 开展了活性污泥对重金属铅、镉的吸附特性研究，为污泥的资源化利用提供了技术支持。聶鑫蕊 [8] 对电镀废水的处理方法进行了综述。李军强 [9] 等探讨了活性污泥添加量、pH值等因素对重金属镉、铜的吸附性能影响，确定了最佳的污泥添加量及pH值。综上，活性污泥在处理重金属废水方面的研究大多是处在实验室内，而研究结果都是针对某一种活性污泥，实际的工业应用较少。其原因是活性污泥的结构、组成复杂，其对重金属的吸附机理未认识清楚，且不同污泥对不同的金属离子的处理效果区别很大。因此，活性污泥法处理工业废水，尤其是含重金属的废水处理仍需要开展大量的研究工作。

本实验采用活性污泥处理金属铜离子，探讨不同种类污泥、污泥添加量以及pH值对重金属铜的吸附率效果，以期为活性污泥处理工业废水提供参考。

2. 实验仪器与试剂

2.1. 实验仪器

分析天平，上海精密科学仪器有限公司

722S分光光度计，上海精密科学仪器有限公司

PHS-3C数字酸度计，杭州东星仪器设备公司

振荡器，江苏金坛仪器公司

玻璃仪器：容量瓶、烧杯、移液管、锥形瓶、试剂瓶、分液漏斗

2.2. 实验试剂

CuSO₄∙5H₂O AR 南京化学试剂公司

HON₃ AR 南京化学试剂公司

NaOH AR 南京化学试剂公司

3. 实验方法

3.1. 溶液配制

在室温下，用分析天平准确称取CuSO₄∙5H₂O晶体，用烧杯溶解后转移到1 L容量瓶中，用蒸馏水定容至刻线，配制Cu²⁺的浓度为5 g/L的溶液，转移到试剂瓶中备用。

用移液管取一定量的CuSO₄备用液，用蒸馏水分别配制30 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L、120 mg/L浓度的CuSO₄待测液，用0.1 mol/L的NaOH和HNO₃溶液调pH值至6。

3.2. 绘制硫酸铜标准曲线

用移液管移取硫酸铜原液于100 mL容量瓶中，配制不同浓度的硫酸铜溶液，以蒸馏水为参比，在810 nm的波长下测定各溶液的吸光度，绘制硫酸铜–吸光度标准曲线。

3.3. 实验测定及数据处理

用分析天平称取一定量的污泥，与已配制好的待吸附液充分振荡、混合、密封。4小时以后用漏斗进行过滤，用分光光度计在810 nm的波长下测定滤液的吸光度，根据标准曲线算出吸附后溶液的浓度，从而计算出活性污泥的吸附率。

活性污泥对Cu²⁺的吸附率的计算方法为：

(1)

式(1)中：η为污泥的吸附率，%；C₀为初始Cu²⁺的浓度，mg/L；C为吸附后Cu²⁺的浓度，mg/L。

4. 实验结果与分析

4.1. 不同污泥对铜的吸附性能影响

本文采用两种活性污泥，污泥I为颗粒状，污泥II为絮状。用移液管各取5种浓度的CuSO₄待测液200 mL于锥形瓶中，然后分别加入5 g/L污泥量，密封、振荡，4小时后过滤，用分光光度计测定滤液的吸光度，根据标准曲线求出溶液的浓度，进而计算出活性污泥的吸附率。结果如图1所示。

由图1可以看出，两种污泥对铜离子都有一定的吸附作用，随着溶液中离子浓度的增大，两种污泥对铜的吸附率都呈现出下降的趋势；相同浓度下，污泥II的吸附率远大于污泥I的吸附率，这说明污泥II对含铜废水的去除效果优于污泥I。

4.2. 污泥添加量对铜吸收率的影响

分别取3~10 g/L污泥II置于200 mL含有5种铜浓度吸附液的500 mL锥型瓶中，搅拌均匀成悬浊液，并用HNO₃和NaOH调节吸附液pH值6.0 ± 0.1，在20℃下密封振荡，4小时后过滤，取滤液用原子吸收分光光度计测离子浓度。结果如图2所示。

由图2可以看出，随着污泥投加量的增加，铜离子的吸附率在增长，且增长趋势逐渐变缓，而单位质量污泥上的吸附量下降。所以增加污泥投加量可以提高吸附率，但其吸附效率却越来越低。综合考虑，污泥添加量存在一个最佳值。

4.3. 初始pH值对铜吸收率的影响

pH值是影响活性污泥性能的重要因素之一。只有在适宜的pH值范围内，活性污泥的吸附才是行之有效的。在Cu²⁺浓度为30 mg/L，污泥II添加量为8 g/L时，调节初始pH值分别为1，3，5，7，9，11，研究活性污泥对他们的吸附效果，其结果如图3所示。

由图3可知，在溶液中Cu²⁺浓度不变、污泥添加量相同的情况下，随着初始pH值得升高，铜的吸附率呈现出先增大而后减小的趋势，在pH大约为6时，吸附率达到了最大值。这说明pH过高或过低都不利于活性污泥的吸附。

图1. 不同污泥对铜离子吸附率的影响

图2. 污泥II添加量对铜吸附率的影响

图3. 初始pH值对铜吸附率的影响

5. 结论

本文研究了絮状活性污泥和颗粒活性污泥对重金属铜的吸附特性，并探讨了污泥添加量对铜吸附率的影响。获得如下结论：

1) 活性污泥对重金属铜具有一定的吸附性能，絮状活性污泥的吸附性能优于颗粒状活性污泥。

2) 随着活性污泥添加量的增加，重金属铜的去除率逐渐增大。

3) 活性污泥吸附率受pH值的影响较大，且存在一最佳值，pH值过高或过低都不利于吸附。

文章引用

罗凯洋. 活性污泥吸附重金属铜的实验研究
Experimental Study on Adsorption of Cu with Activated Sludge[J]. 水污染及处理, 2016, 04(04): 112-116. http://dx.doi.org/10.12677/WPT.2016.44017

参考文献 (References)