城市污水处理厂污泥对水中硫化物的吸附特性 5页

中国环境科学2014，34(4)：930～934ChinaEnvironmentalScience城市污水处理厂污泥对水中硫化物的吸附特性欧阳云，一，席劲瑛，，王智超，胡洪营1,2,3(1．清华大学环境学院，环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京100084；2情华大学深圳研究生院，广东深圳518055；3．环境保护部环境微生物利用与安全控制重点实验室，北京100084)摘要：为研究城市污水厂污泥对水中硫化物的吸附特性，从3座城市污水处理厂采集回流污泥，考察了硫化物浓度、温度、pH值和其他离子对污泥吸附硫化物的影响结果表明，污水厂回流污泥对硫化物的吸附等温线可以用Langmuir方程很好地描述，其最大硫化物吸附量为15-27mg／g-~污泥．在温度为5-35~C条件下，吸附量随温度上升而增加，表明该吸附为吸热过程．pH值在2-7范围内，pH值对污泥吸附硫化物的影响不大，当pH值低于2时，污泥对硫化物的吸附量随pH降低显著减小．硫化物可能以离子形式被污泥吸附，该过程为化学吸附过程．水中存在0-25mg／LCI或0~12mg／LSO不影响污泥对硫化物的吸附量．关键词：污泥；硫化物；吸附特性：污水处理厂中图分类号：X703．5文献标识码：A文章编号：1000～6923(2014)04—0930—05Adsorptioncharacteristicsofsulfideontotheactivatedsludgeofmunicipalwastewatertreatmentplants．OUYANGYun，，XIJin．ying，。’，WANGZhi．chao，HUhong．ying，，(1．StateKeyLaboratoryofEnvironmentalSimulationandPollutionControl，TsinghuaUniversity,Beijing100084，China：2．GraduateSchoolatShenzhen，TsinghuaUniversity,Shenzhen518055．China；3．StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryofMicroorganismApplicationandRiskControl，Beijing100084，China)．ChinaEnvironmentalScience，2014，34(4)：930-934Abstract：Inthisstudy，activatedsludgesampleswerecollectedfrom3municipalwastewatertreatmentplants(WWTP)andtheperformanceandimpactingfactorsofsulfidesadsorptionontotheactivatedsludgewereinvestigated．Theimpactingfactorsincludesulfidesconcentration，temperature，pHandotheranions．AdsorptionisothermofsulfideontotheactivatedsludgecanbewelldescribedbyLangmuirequation．Themaximumsulfideadsorptioncapacitywasl5～27mg／g-drysludge．Atthetemperaturesrangingfrom5to35℃．adsorptioncapacityincreasedbytheriseintemperatureandthisimpliesthesulfidesadsorptionwasanendothermicprocess．ThepHvaluehadliRleefectontheadsorptioncapacityfrom2to7．ButthesulfidesadsorptioncapacitydecreasedsignificantlywhenpHwaslowerthan2．Sulfideswereadsorbedbyactivatedsludgeasanions(HSandS)anditWasachemicaladsorptionprocess．CIrangingfrom0to25mg／LorSOirangingfrom0to12mg／Ldidnotafectthesulfidesadsorptioncapacity．Keywords：activatedsludge；sulfides；adsorptioncharacteristics；wastewatertreatmentplants近年来，城市污水处理厂的恶臭污染问题制．在污水厂进水中投加氧化剂、pH值调节剂或逐渐引起了广泛关注[1-41．对于城市污水厂，H2S吸附剂等药剂后，可以通过氧化、酸碱反应或吸是最典型的恶臭物质【．H2S从污水和污泥释放附作用减少污水中游离H2S浓度，从而达到减少到空气中，不仅严重影响人们的正常生活【6】，也污水释放H2S的目的．改性沸石、硅藻土等均对会腐蚀污水处理构筑物和设备【1．为了控制污水硫化物具有显著的吸附作用10-11]，但上述吸附剂厂的恶臭污染，一般需对恶臭源加盖封闭，然后收稿日期：2013-08—10用物理法、化学法或生物法对收集到的恶臭气基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2011ZX07301—体进行处理[8-91．003)；环境模拟与污染控制国家重点联合实验室专项课题除了收集处理的方式外，也可以采用源头控(11Y04ESPCT)制的方式对城市污水处理厂的恶臭污染进行控责任作者，副研究员，xijinying@tsinghHa．edu．cn\n4期欧阳云等：城市污水处理厂污泥对水中硫化物的吸附特性931因成本较高无法在污水中连续投加和大规模应瓶中混合，玻璃瓶总体积44mL．用聚四氟乙烯胶用．污水厂污泥对水中的硫化物和气体中的H2s垫(上海安普科技有限公司)密封玻璃瓶，将其置均具有显著去除作用[12-13]并且由于污泥在污水于数显型加热搅拌仪上搅拌40min(预实验表明厂可就地取得，非常适合在实际工程中大规模应吸附在40min前达到平衡)，搅拌速率400r／min．用【l钔．尽管污泥在H2S恶臭污染的源头控制方面在40min时检测溶液中的硫化物平衡浓度．表现出了一定潜力，但是对其硫化物吸附特性和通过硫化物与污泥混合前的初始浓度和混合后机理尚缺乏相关的研究．的平衡浓度可以计算污泥对硫化物的吸附量(以本研究选取苏州和北京的3座城市污水处污泥干重计)，再加上污泥的AVS即可得到污泥理厂，取其二沉池回流污泥研究了污泥在不同硫对硫化物的总吸附量．化物浓度、温度、pH值和投加离子条件下对水1．2．2温度对吸附的影响为了考察温度对污中硫化物的吸附特性．旨在为利用污泥吸附硫化泥吸附硫化物的影响，本研究选取污水厂B的回物和控制H2S排放提供参考．流污泥，测定了该污泥在5，15，25，35℃下的吸附等温线，硫化物的初始浓度为0-30mg／L，其他操1材料与方法作同1．2．1．1．1试验材料1_2_3pH值对吸附的影响取污水厂B的回流1．1．1污泥选择北京的2座城市污水处理厂污泥，用稀盐酸调节污泥pH值为0～7f该pH值范(污水厂A、B)和苏州某城市污水处理厂(污水厂围内污水更容易释放硫化氢形成污染)，并与C)，采集二沉池排放的回流污泥，各污水厂均采用0．45mg／L的硫化物溶液混合，40min后再次测定A／0工艺．将采集到的污泥置于4~C冰箱内密封混合液pH值作为平衡时的pH值，试验温度25℃，保存备用．每次进行硫化物吸附试验前，测定污泥其他操作同1．2．1．悬浮固体浓度(MLSS)、挥发性悬浮固体浓度1．2．4离子对吸附的影响污水中除了有HS(MLVSS)和酸可挥发性硫化物(AVS)．其中，AVS和S一外，还有C1一、so24等其他离子，本研究考察反映了吸附试验前污泥含有的硫化物．以上的污了它们对污泥吸附硫化物的影响．Cl的浓度为泥基本性质测定结果如表1所示．0-25mg／L，sol的浓度为0～12mg／L，试验温度25℃，硫化物初始浓度均为18mg／L，其他操作同表1污泥基本性质1．2．1．Table1Thepropertiesoftheactivatedsludges1．3分析方法水中硫化物浓度采用顶空气相色谱法测定．吸附平衡后，取螺旋口瓶的顶空气样250gL，注入气相色谱(SHIMADZUGC一14B)分析．分析条件：FPD检测器，色谱柱30m~0．32mmx1gm(CD—1．1．2硫化物溶液用分析纯Na2S·9H2O配制WAX)，初始柱温设定为35℃，保持3min后以硫化物母液，用稀盐酸调节pH值至7左右，母液8oC／min的速率升至240℃，保持3min，检测器温硫化物浓度为30～50mg／L(硫化物浓度以S计)．度250℃．采用色谱工作站fN一2000，浙江大学智后续试验根据需要，将母液用无氧水稀释成浓度能信息工程研究所)进行色谱数据采集．硫化物为0-30mg／L的硫化物溶液．由于硫化物易被氧采用外标法定量．化，且H2S易挥发，该溶液现配现用．污泥MLSS和MLVSS采用电子天平f上海1．2吸附试验方法梅特勒一托利多)、SX2—4—10箱式电炉(上海浦1-2．1吸附等温线测定在25℃条件下，将东荣丰)测定．AVS采用顶空气相色谱法测定【l引．2mL污泥和15mL硫化物溶液加入螺旋口玻璃混合液pH值采用便携式pH值测定仪(tt京哈纳\n932中国环境科学34卷沃德1测定．等温线中的I型曲线，属于单分子层吸附，可用1．4吸附等温线的拟合Freundlich方程或langmuir方程描述【l圳．分别用本研究根据吸附等温线类型，分别采用Freundlich方程和Langmuir方程对数据进行拟Freundlich和Langmuir方程对其进行拟合．合，结果如表2所示．由表2可知，3种污泥对硫化物的吸附均符2结果与讨论合Langmuir等温方程，符合典型的单分子层吸附2．1不同污泥的硫化物吸附等温线特征．其拟合相关系数大于0．99，而Freundlich由图1可知，随着硫化物平衡浓度增大，污泥方程中尺均未超过0．90。因此后续实验使用的硫化物吸附量一开始大幅度增加，随后增加幅Langmuir等温方程进行拟合．度越来越小．经比较发现，3个污水厂污泥对硫化2-2温度对污泥吸附硫化物的影响物的吸附量的顺序是：污水厂C>污水厂A>污水根据表3可知，在硫化物平衡浓度为0～厂B．这表明，不同污水厂的污泥对硫化物的吸附15mg／L范围内，温度为5～35℃时，污泥对硫化物能力存在差异，但决定污泥硫化物吸附能力的因的吸附均符合Langmuir方程，其相关系数尺为素还有待进一步研究．0．9897~0．9973．赢gg皿囹l撂硫化物浓度(rag／L)图2各温度下污水厂B污泥的Langmuir吸附等温线图13种污泥的硫化物吸附等温线(25~C)Fig．2AdsorptionisothermexpressedinLangmuirlinearFig．1Sulfidesadsorptionisothermcurvesofactivatedequationsatdiferenttemperaturessludgescollectedfrom3WWTPs(25*C)表3各温度下污泥Langmuir吸附方程参数表2吸附等温线拟合曲线参数Table3ParametersofLangmuiradsorptionequationsatTable2Calculatedparametersinadsorptionisothermsofdiferenttemperaturessulfidesonactivatedsludge污泥来源Freundlich方程”kRb(L／mg)rmg／g)R注：6为Langmuir方程的吸附常数；凡为最大吸附量；R2为相关系数注：、”为Freundlich方程的吸附常数，与吸附剂、吸附质的种类和温度有关，无量纲；6为Langmuir方程的吸附常数．J为最大吸研究表明，温度对污泥的吸附作用有重要影附量；R为相关系数响[17-18]．对于物理吸附(放热过程)，吸附量随温度由图1可知，污泥对硫化物的吸附符合吸附升高而降低；而对于化学吸附(吸热过程)，吸附量\n4期欧阳云等：城市污水处理厂污泥对水中硫化物的吸附特性933随温度升高而升高[10,19]．由图2可见，在温度为以上分析表明，污泥对硫化物的吸附为离子交换5～35℃时，污泥对硫化物的最大吸附量随温度上过程，是一种化学吸8附6．4¨2。8瞄6％4¨2o●升而上升，从5℃时的16．29mg／g上升至35℃时的2．4Cl一和SO对污泥吸附硫化物的影响23．64mg／g．因此，污泥对硫化物的吸附属于化学由于污水中除了硫离子外，还存在其它阴离子，吸附过程．这些离子的存在可能会影响污泥的吸附作用[22]．温度对污泥吸附硫化物的影响规律对实际应用具有一定指导意义．污水厂H2S的排放浓度呈现夏季高，冬季低的特征L4J．夏季温度高，污泥对硫化物的吸附量大，对利用污泥控制H2S排放具g砌有积极意义．菠2．3pH值对污泥吸附硫化物的影响pH值可以通过改变污泥表面特性来影响其吸堰附能力【2Uj．由图3可知，当吸附平衡时的pH值为2～7时，其对污泥硫化物吸附量基本无影响，这与相C1浓度(mgIL1关研究报道一致【zl】．当污泥pH值低于2时，污泥对硫化物的吸附量随pH降低显著减小，甚至低于其AVS(3．32mg／g)，即低pH值条件下，污泥不但无法吸邑附硫化物，其原有的硫化物也会释放出来．缓吕血l杂sO4。浓度(m)图4不同浓度cl～和sol对污泥吸附硫化物的影响堰Fig．4TheamountofadsorbedsulfidesontheactivatedsludgeatdiferentC1andSO4一concentrations由图4结果可知，当Cl一的浓度为0-25mg／L图3pH值对污泥吸附硫化物的影响Fig_3Theamountofadsorbedsulfidesontheactivated时，污泥对硫化物的吸附量在18．5～19．5mg／g之sludgeatdiferentpHvalues间波动；当sol一在0～12mg／L时，污泥对硫化物的吸附量在则稳定在18．2～19．6mg／g．因此可以推定，用电离平衡原理进一步分析不同pH值下污在以上的浓度范围内，Cl一和SO一不会影响污泥吸泥吸附硫化物过程．在水溶液中存在S、HS一与附硫化物．H2S之间的转化．假设硫化物是以H2S的形式被3结论污泥吸附，由于pH值降低会提高游离H2S浓度，污泥对硫化物的吸附量应有所增an；这与试验结3．1污泥对硫化物的吸附符合Langmuir吸附果矛盾．这表明，硫化物很可能是以离子形式被污等温方程，为单分子层吸附．25~C时，不同污水处泥所吸附，污泥中的吸附位点和氢离子竞争结合理厂的回流污泥对硫化物的最大吸附量存在显S或Hs一．当pH值低于2时，氢离子与s或HS一著差别，其数值在15-27mg／g一干污泥．的结合处于优势，污泥的硫化物吸附量显著减小．3．2温度为5-35℃时，污泥对硫化物的最大吸\n934中国环境科学34卷附量随温度上升而增加，表明污泥对硫化物的吸【15】王永华．顶空气相色谱法测定沉积物中可酸挥发硫化物[附为吸热过程．分析化学．2003(1)：55-57．[16】李永峰，陈红．现代环境工程原理[M】．第l版一E京：机械工3．3pH值在2～7范围内，污泥对硫化物吸附受业出版社．2012．pH值的影响较小．而当pH值低于2时，污泥硫化【17】刘燕，孔旺盛．难降解有机物的生物污泥吸附【J]．安全与环物吸附量随pH值降低显著减小．表明硫化物以境学报，2008，(2)：3卜35．离子形式被污泥吸附，其吸附过程属于化学吸附．【18】倪晋仁，姚磊，叶正芳，等．温度对好氧颗粒污泥吸附铅离子的3．4Cl一在0-25mg／L或SO4Z’在O～12mg／L范围影响【J】．环境科学，2009，30(6)：1733—1737．[19】LiJ，HuJ，ShengGeta1．EfectofpH，ionics~ength，foreign内时，以上离子存在不影响污泥的硫化物吸附量．ionsandtemperatureontheadsorptionofCu(II)fromaqueoussolutiontoGMZbentonite[ColloidsandSurfacesA：pH参考文献：ysicochemicalandEngineeringAspects，2009，349(1—3)：195—201．[1]桂红艳，盛彦清，陈繁忠，等．污水处理厂恶臭含硫化合物的研究【20】LiuH，WangJ，LiuX，etal，Acidogenicfermentationof[J]．给水排水，2006，32(增刊)：133—137．proteinaceoussewagesludge：EfectofpH[J】．WaterResearch，【2】CooperCD，GodlewskiVJ，HansonR，eta1．Odorinvestigation2012，46(3)：799—807．andcontrolataWWTPinOrangeCount,Florida．【21】马宏瑞，杜战鹏，马托，等．制革脱毛废水中硫化物的气提脱除EnvironmentalProgress，2001，2O(3)：133—143．作用研究[J】．环境科学技术，2006，29(12)：82—84．[3】StellacciP，LibertiL，NotamicolaM，eta1．Hygienicsustainability[22]成雯．厌氧颗粒污泥对水中染料的吸附去除研究【D】．济南：ofsitelocationofwastewatertreatmentplants．Acasestudy．I．山东大学．2009．Estimatingodouremissionimpact[JJ．Desalination，2010，253(1—31：51—56．致谢：本研究得到“区域环境NNNN~,I新中心”支持[4】席劲瑛，胡洪营，罗彬，等．城市污水处理厂主要恶臭源的排放规律研究[J]．中国给水排水，2006，22(21)：99—103．作者简介：欧阳云(1989一)，男，江西赣卅IA，清华大学硕士研究生[5]WuB，FengSreeU，eta1．Samplingandanalysisofvol~ileorganicsemittedfromwastewatertreatmentplantanddrain主要从事恶臭污染控制研究．发表论文1篇．systemofanindustrialscienceparkfJ]．AnalyticaChimicaActa，2006．567(1)：100—1l】．[6]王灿，胡洪营，席劲瑛．城市污水处理厂恶臭污染及其评价体系【J1．给水排水，2005，31(9)：15—19．【7】邓恩建．污水处理厂恶臭治理现状与展望[J】．工业安全与环保，2008，34(4)：45—46．[8】GostelowParsonSA．Sewagetreatmentworksodourmeasurement【J]．Wat．Sci．Tech．，2000，41(6)：33~01．[9]蒋立荣，王伯铎，熊宇，等．污水处理厂几种除臭技术的综合比较[J】_地下水，2010，32(1)：105—107．【lO]张秀兰，栗印环，马万山．改性沸石对水中硫化物的吸附及再生研究Ⅲ．非金属矿，2007，30(6)：57—59．【11]刘景华，吕晓丽，魏丽丹，等．硅藻土微波改性及对污水中硫化物吸附的研究[J1_非金属矿，2006，29(3)：36—37．[12】ChouM，PerngC，LiLeta1．Biooxidationofgaseoushydrogensulfideinanactivatedsludge【J1．Environ．Eng．Manage，2010，20(1)：57—62．【l3】BarbosaVL，DufolD，CallanJL，eta1．Hydrogensulphideremovalbyactivatedsludgediffusion『J】．WaterScienceandTechnology,2004，5O(4)：199—205．[141李玉庆，乌兰，刘宝玉，等．CYYF全过程生物除臭技术在纪庄子污水处理厂的应用[c]／／全国排水委员会论文集，2013：380—385