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活性污泥对甲醛废水的净化性能

来源：意榕旅游网

第2卷　第9期2008年9月

环境工程学报

ChineseJournalofEnvironmentalEngineeringVol.2,No.9Sep12008

活性污泥对甲醛废水的净化性能

徐仲均　程足芬　林爱军　王京刚　童　华

(北京化工大学环境科学与工程系,北京100029)

摘　要　采用微生物法处理低浓度甲醛废水达标排放是比较经济的方法之一。在研究中采用序批式活性污泥法(SBR)

工艺,考察了曝气时间、进水甲醛浓度、进水pH和水温对微生物净化低浓度甲醛废水的影响。结果表明,随着曝气时间的延长,活性污泥对甲醛的去除率增大。进水甲醛浓度在40～120mg/L范围内,随着浓度升高甲醛污泥负荷增加,微生物对甲醛的降解速率增加,但对甲醛的去除率降低。活性污泥在pH为5～7的中性和弱酸性环境中对甲醛的降解速率较高。在15～35℃范围内,污泥对废水中甲醛的去除率随温度升高而上升,微生物对甲醛的降解速率随温度升高呈指数递增趋势。

关键词　甲醛　活性污泥　净化

中图分类号　X70311　　文献标识码　A　　文章编号　167329108(2008)0921173204

RemovalofformaldehydefromwastewaterbyactivatedsludgeXuZhongjun　ChengZufen　LinAijun　WangJinggang　TongHua

(DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,BeijingUniversityofChemicalTechnology,Beijing100029)

Abstract　Itisaneconomicalwaythattheformaldehydeinlowconcentrationisremovedfromwastewaterbymicroorganism.Inthisstudy,asequencingbatchreactor(SBR)wasemployedtoinvestigateeffectsofaera2tingtime,influentformaldehydeconcentration,influentwaterpHandwatertemperatureontheremovalofform2aldehydeinlowconcentrationfromwastewaterbymicroorganism.Theresultsshowedthattheremovalrateofformaldehydebyactivatedsludgeincreasedwithaeratingtime.Bothformaldehydeloadratebyactivatedsludgeandformaldehydedegradationratebymicroorganismincreasedwithelevatedinfluentformaldehydeconcentration,whileformaldehyderemovalratedecreasedwithintheinfluentformaldehydeconcentrationrangefrom40to120mg/L.FormaldehydedegradationefficiencybyactivatedsludgewashigherinthewaterofpH5～7.Form2aldehyderemovalrateincreasedandformaldehydedegradationrateincreasedtakingtheformofanexponentialfunctionwithelevatedwatertemperaturewithinthewatertemperaturerangefrom15℃to35℃.

Keywords　formaldehyde;activatedsludge;removal

　　甲醛作为一种经济有效的消毒剂广泛应用于卫合用生物法处理。目前,高浓度甲醛废水常采用高

[2]

二氧化氯法和蒸气吹脱法等。低浓度生、水产行业,作为有机溶剂应用于化工、有机合成、级氧化法、

油漆、涂料、塑料、制革、纺织、军工以及木材粘合剂甲醛可作为碳源被许多异养型微生物利用,如甲基

盐单胞菌属(Halomonas)、等行业。因此,甲醛废水来源较广。研究表明,甲醛球菌属(Methylococcus)、

[3～5]

。孙󰁹石从多方面威胁人体健康,如呼吸道和眼部刺激作用、红球菌属(Rhodococcus)及部分酵母

[6]

致敏作用和免疫毒性、遗传毒性和致癌作用、肺功能等采用微生物法净化低浓度甲醛废气取得了较

[1]

损害、神经行为改变等。鉴于此,世界大多数国好效果,利用微生物法净化甲醛废水的研究成果也

[7,8]

。本实验采用序批式活性污泥法家均制定了控制甲醛废水排放的严格的标准。我国不断见诸报道

《地表水环境质量标准》规定集中式生活饮用水地(SBR)研究污泥对废水中低浓度甲醛的净化性能,表水源甲醛含量不得高于0.9mg/L,《污水综合排并分析了相关影响因素,为下一步设计甲醛废水的放标准》规定二级排放污水甲醛含量不得高于活性污泥处理工艺提供理论基础。2mg/L。甲醛可作用于微生物体内的蛋白质、DNA

和RNA,抑制微生物活性,甚至导致其死亡。研究表明,直接接触超过200mg/L的甲醛后微生物活性几乎完全受到抑制

[2]

基金项目:北京化工大学青年教师自然科学研究基金资助项目收稿日期:2008-05-05;修订日期:2008-05-19

作者简介:徐仲均(1973～),男,博士,讲师,主要从事环境污染控制

研究工作。E2mail:zhongjunxu@163.com

,因而,高浓度甲醛废水不适

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环境工程学报第2卷

的4160型甲醛分析仪监测反应器甲醛挥发,均未

1　材料与方法

检出。

1.1　实验仪器、试剂和废水测定进水甲醛浓度和曝气时间对污泥净化甲醛

分光光度计(UV22550,日本岛津)、pH计的影响时,在25℃下,采用同一批污泥,依次按进水(Ecoscan22pH6,厦门中村仪器有限公司)、恒温培甲醛浓为60、80、100和120mg/L完成各循环处理养箱(GXZ22800B,宁波江南仪器厂),盐酸、NaOH、周期。测定温度对污泥净化甲醛的影响时,也采用同实验室配制的含甲醛模拟废水,pH约为7,COD浓一批污泥,进水甲醛浓度为100mg/L,按15℃、度约为500mg/L。20℃、25℃、30℃和35℃依次升高温度完成各循环1.2　实验装置处理周期。

实验所用SBR反应器如图1所示。反应器主测定pH对污泥净化甲醛的影响时,用盐酸或36%～38%的甲醛溶液均为分析纯。实验用废水为

体由聚氯乙烯塑料圆桶加工而成,内径12cm,高NaOH调节出pH为4、5、6、7、8和9的废水,进水甲45cm,总体积约5L,有效液体容积4L,在2L处开醛浓度为100mg/L,在25℃下,依次完成各循环处一个排水口,反应器底部开一个污泥排放口。曝气理周期。由于pH改变可能对微生物产生毒害作空气由空压机提供,气流量用浮子流量计控制在约用,每个运行周期均更换污泥。3L/min。反应器置于恒温培养箱中。2　结果与讨论

2.1　曝气时间对污泥净化性能的影响

曝气时间是活性污泥法处理废水的重要工艺参

数。在最短曝气时间使废水处理后达标排放,可节省废水处理运行费用和充分利用工艺处理能力。图2显示了不同进水浓度甲醛去除率随曝气时间的变

化。从图中可以看出,随着曝气时间的延长,甲醛的去除率增大,其中低浓度甲醛去除率随时间的增大幅度大于高浓度甲醛。根据图中甲醛的去除率和进水浓度可知,当进水甲醛浓度为40和60mg/L,曝

气时间为80min时,出水甲醛满足达标要求。当进水甲醛浓度为80、100和120mg/L,曝气90min时,

Fig.1　SchematicdiagramofSBRsystem

出水甲醛仍然超标。上述分析表明,采用SBR工艺处理甲醛废水时,应根据进水甲醛浓度选择适当的1.3　实验方法

活性污泥取自北京北小河污水处理厂,在实验曝气时间。室内25℃下添加甲醛和营养液驯化50d。在驯化过程中每天添加1次甲醛,每10d提高1次污泥中甲醛初始浓度,甲醛的初始浓度依次为10、20、30、50和70mg/L。经驯化后污泥性状稳定,SVI值由初期的约130mL/g下降到约75mL/g。每个运行周期取驯化成熟的污泥2L置于SBR反应器,快速进水2L后按曝气2沉淀2排水2闲置工序运行,曝气90min,沉淀30min,排水和闲置共30min,在曝气过

图2　甲醛去除率随时间的变化程中每10min采集10mL水样,1000r/min离心

Fig.2　Changesinformaldehyderemoval2min,取上清液,采用乙酰丙酮分光光度法测定废

ratewithreactiontime

水甲醛浓度。曝气结束时测定废水中污泥含量(MLSS)。曝气过程中采用美国Interscan公司生产

图1　实验装置示意图

第9期徐仲均等:活性污泥对甲醛废水的净化性能

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2.2　进水甲醛浓度对污泥净化性能的影响

图3为进水甲醛浓度对甲醛去除率的影响。从图中可以看出,随进水甲醛浓度增加,甲醛的去除率逐渐降低。当进水甲醛浓度为40和60mg/L时,甲醛的去除率可达98%以上,出水甲醛浓度约为0.8mg/L,满足达标要求。当进水甲醛浓度提高到80、100和120mg/L时,甲醛的去除率分别为82.4%、80.3%和65.6%,出水甲醛浓度分别为1513、19.6和42.8mg/L,均未满足达标要求。表1

较大。在实验中,考察了pH在4～9范围内污泥对

甲醛去除率的变化情况(图4)。从图4中可以看出,污泥对甲醛的去除率随pH呈抛物线变化趋势。pH在5～7范围内,污泥对甲醛的去除率较高,均在80%左右,pH<5或>8时,污泥对甲醛的去除率均快速下降。当pH为4和9时,污泥对甲醛的去除率分别下降到约55%和41%。实验说明,降解甲醛的微生物适于pH在5～7的中性和弱酸性环境生长。研究已经证实,一碳代谢在原核生物和真核细胞生物中具有重要作用,甲醛常常是生物一碳代谢的中间产物,生物为避免甲醛在细胞中的积累中毒,一部分通过合成代谢为生物体所用,另一部分则通

[9,10]

过脱氢氧化成甲酸,进一步分解为二氧化碳。因此,高效甲醛氧化微生物对甲醛的氧化分解可导致细胞内酸性增强,这可能是本研究中活性污泥微生物适于弱酸环境的主要原因。

列出了SBR反应器进出水甲醛浓度和甲醛污泥负荷。从表1数据可以看出,随着进水甲醛浓度的升高,出水甲醛浓度相应升高,甲醛污泥负荷也逐渐增加,表明污泥对甲醛的降解速率随浓度增加而增大。这是因为随甲醛浓度增加,污泥中的微生物接触甲

[5]

醛的机会增多,降解速率增大。针对本工艺,甲醛污泥负荷<0136kg甲醛/(kgMLSS・d)时,甲醛出水浓度可达标。

图4　不同pH进水经90min曝气后甲醛的去除率

图3　不同甲醛浓度进水经90min

曝气后甲醛的去除率

Fig.3　Effectofinfluentformaldehydeconcentrationon

formaldehyderemovalrateafter90minreaction

Fig.4　EffectofinfluentwaterpHonformaldehyde

removalrateafter90minreaction

2.4　温度对污泥净化性能的影响

表1　SBR反应器进出水甲醛浓度及甲醛污泥负荷

Table1　Formaldehydeconcentrationsofinfluent

andeffluentwaterandformaldehydeloadratesbyactivatedsludgeinSBRreactor

温度是影响微生物活性的重要因素之一,活性污泥中的微生物适宜的温度范围为10～45℃,有机物降解速率的温度系数Q10的变化范围为1.2～913

[11]

,本实验考察了在15～35℃范围内水温改变

对污泥降解甲醛能力的影响(图5)。从图5中可以

看出,温度为15℃、20℃、25℃、30℃和35℃时,经进水甲醛浓度出水甲醛浓度甲醛污泥负荷

(mg/L)(mg/L)(kg甲醛/kgMLSS・d)90min曝气后甲醛的去除率分别为74.2%、7812%、400.80.319115%、99.1%和99.8%,相应的甲醛出水浓度为600.80.36

27.2、21.5、7.6、0.8和0.2mg/L,表明随着温度升

8015.30.44

高,污泥对甲醛的去除率增大,甲醛污泥负荷也随之10019.60.49

12042.80.50提高。这是由于随温度升高,微生物活性增强,对甲

醛的降解能力相应增强。从图5还可看出,温度在

2.3　pH对污泥净化性能的影响20～30℃范围内,降低或升高温度,微生物对甲醛的

活性污泥微生物种类复杂,其活性取决于其中去除率变化最明显,说明在该温度范围内微生物对的优势微生物。不同的微生物对酸碱的耐受性差异温度改变比较敏感。通过分析温度对甲醛降解速率

6711

环境工程学报第2卷

的影响,发现当温度为15℃时甲醛的降解速率为<5或>8,污泥对甲醛的去除率均快速下降。

(4)在15～35℃0175mg/(L・min),随着温度升高微生物对甲醛的范围内温度升高,污泥对废水

降解速率呈增加趋势,当温度为35℃时,甲醛的降中甲醛的去除率增大,污泥对甲醛的降解速率随温解速率达1.42mg/(L・min)。分析甲醛降解速率度升高呈指数递增趋势。适当提高反应器水温,可(v)与水温(T)关系发现,两者遵循指数函数关系v增加微生物活性,提高反应器的处理能力。

=0.43exp(0.034T)(R=0.98,P<0.01)(图

参考文献

5),通过计算可得污泥对甲醛降解速率的温度系数

Q10为1.4,表明温度升高10℃,微生物对甲醛的降

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解速率提高1.4倍。Pedersen等曾采用生物滴

滤池研究了温度对微生物降解甲醛废水的影响,发现微生物降解甲醛速率的Q10为2.8,高出我们的研究结果1倍,可能是因为Pedersen等采用的生物滴滤池属于生物膜工艺,与活性污泥法比较,其微生物对温度改变更敏感。

[12]

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图5　不同水温下经90min曝气后甲醛

的去除率和降解速率

(拟合曲线中T表示水温(℃),v表示甲醛降解速率(mg/L・min))

36:127～136

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Fig.5　Effectofwatertemperatureonformaldehyderemovalrateanddegradationrateafter90minreaction

3　结　论

(1)SBR反应器活性污泥对甲醛的去除率随曝

气时间延长而增大,低浓度甲醛的去除率增大幅度

大于高浓度甲醛。

(2)当废水中甲醛含量在40～120mg/L,经90min曝气后,活性污泥对甲醛的去除率随进水甲醛浓度升高而降低,但污泥对甲醛的降解速率随浓度升高而增大。在该工艺中,甲醛污泥负荷<0.36kg甲醛/(kgMLSS・d),才能保证出水甲醛浓度达标。

(3)在本研究中发现,活性污泥中的微生物在pH为5～7时活性较强,对甲醛的去除率较高,pH

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