好氧颗粒污泥处理重金属废水研究进展及趋势

196管理及其他Managementandother好氧颗粒污泥处理重金属废水研究进展及趋势林勇山，张小亮（江西省核工业地质局测试研究中心，江西南昌330002）摘要：好氧颗粒污泥因具有特殊的结构特征和优良的沉降特性，近几年诸多学者研究将其用于处理重金属废水。本文对目前国内外用好氧颗粒污泥处理重金属废水的情况进行了比较研究，对吸附机理及吸附过程的相关影响因素进行探讨，并对该课题的发展趋势作了展望。关键词：好氧颗粒污泥；重金属；生物吸附；废水处理中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：11-5004（2018）09-0196-2收稿日期：2018-09作者简介：林勇山，男，生于1983年，福建莆田人，硕士，研究方向：矿山环保及环境影响评价。随着我国工业化工程中电池、电镀、冶炼、石化等行业的不断发展，含重金属元素如铅、铜、镍、镉、铬、汞、砷等废水的排放量呈逐年增加的趋势，水体重金属污染情势严峻。沉淀法、离子交换法、液膜法、电解法和生物吸附法等[1]传统的重金属废水处理方法，都存在一定的缺点或不足，如价格昂贵、反应不易控制、效果不理想、回收贵金属难，容易造成二次污染等。近年来，利用生物吸附剂处理重金属废水则有良好的效果，优点有[2]：①原料廉价易得；②适合低浓度重金属废水；③不易产生二次污染；④吸附容量大；⑤良好的选择性；⑥可回收一些贵重金属；⑦应用范围广。大多数生物吸附剂都是以生物絮状体形式存在的悬浮微生物，易于分散在液相中，因此吸附后的难题是如何快速实现吸附剂与处理介质的固液分离。好氧颗粒污泥吸附剂是典型的生物吸附剂，除了具备一般生物吸附剂的优点外，还具有特殊的生物体结构特征；颗粒比重比水大，具有优异的沉降性能[3]，可以克服传统生物吸附剂在吸附后不易与水分离的缺点。1好氧颗粒污泥的结构特征好氧颗粒污泥一般具有较高的比表面积和良好的沉降性能，是一种粒径小、密度高的球形细菌体，含有大量的胞外多聚物（ExtracellularPolymericSubstances，EPS）。EPS含有大量的醇、竣基、氨基、巯基、酚基等，该基团容易与水体中不同价态的重金属离子发生反应，使得微生物表面富集了大量的金属离子[4]。EPS独特微生物结构、胶体负电性和生物体活性等特征，使得水体中的重金属元素被捕捉，因此好氧颗粒污泥可以作为天然的重金属离子吸附剂用以处理含重金属离子的废水。2好氧颗粒污泥去除重金属机理好氧颗粒污泥对重金属的去除机理较为复杂，目前国内外学者的研究主要是通过在实验室采用模拟法进行研究，重点针对好氧颗粒污泥对含单一重金属离子废水的去除行为及机理，对不同种重金属离子共存的废水则研究较少。好氧颗粒污泥对重金属离子的去除主要通过胞外聚合物吸附、离子交换、金属螯合、化学沉淀等。HuiXu等[5]研究表明：好氧颗粒污泥对Ni2+的去除机理主要通过离子交换过程，同时胞外多聚物EPS和细胞壁基团内含有的O、N、S、P等原子可以和重金属离子形成螯合物或络合物，使得重金属离子得到去除。因此好氧颗粒污泥细胞和EPS对重金属离子的有机络合是颗粒污泥吸附重金属离子的重要方式。HuiXu等[6]通过采用X射线衍射、傅立叶变换红外光谱及X光电子能谱等技术，提出了吸附的三种机理：离子交换、EPS吸附和化学沉淀。姚磊等[7]通过环境扫描电子显微镜和X射线能谱分析结果表明，吸附过程主要是离子交换吸附和金属鳌合两个过程。微生物去除重金属离子的过程一般是多种机理共同作用的结果。重金属离子可能在微生物表面发生氧化还原反应而去除，有些离子可能会因沉淀或挥发而去除。通过其它方式去除的重金属离子一般较为次要，实验中检测难度较大，对于好氧颗粒污泥的去除机理有待进一步研究证实。3好氧颗粒污泥去除重金属的影响因素（1）pH值。pH值是影响好氧颗粒污泥去除重金属离子的重要因素，其主要是改变基团的荷电特征和污泥的表面电位。HuiXu、YuLiu等[5]研究发现：初始pH值对好氧颗粒污泥对Ni2+的去除率起重要作用，并影响好氧颗粒污泥zeta电位。杨学耀等[8]研究发现：好氧颗粒污泥对Cd2+的去除效果最佳pH值在6～7。姚磊等[7]研究发现：好氧颗粒污泥在较高pH（5.0-6.0）条件下对Pb2+具有较强的去除效果。（2）接触时间。好氧颗粒污泥对重金属吸附过程一般分为快速吸附和慢速吸附两个阶段。沈祥信研究发现[9]：好氧颗粒污泥去除Cu2+、Cd2+、Zn2+和Pb2+金属离子平衡时间约为2h；同时研究对Pb2+的去除效果表明：好氧颗粒污泥对Pb2+的去除过程是快速吸附行为，其中前5min的吸附量就达到最大吸附量的75.0%。增加好氧颗粒污泥与重金属废水的接触时间在一定程度上可以提高去除效果，但在实际工程应用中意味着需要提高反应器的容积，从经济效应上考虑有待进一步探讨。（3）好氧颗粒污