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【簡介】
【摘要】研究了復合生物吸附劑FY01和活性污泥處理含鉻電鍍廢水的吸附性能。結果表明，鉻的生物吸附分為快速吸附和緩慢吸附兩個階段。FY01具有良好的吸附穩(wěn)定性，對廢水的pH適應能力強，當pH=2.5~6 時，10 g·L-1FY01和5 g·L-1污泥曝氣處理2 000 mL電鍍廢水2 h后，68.6 mg·L-1含鉻通用電鍍廢水中總鉻的去除率達71.5~75.6%；50.1 mg·L-1含鉻康力電鍍廢水中總鉻的去除率高達80.0~90.0%。FY01和活性污泥具有良好的協(xié)同促進作用，10 g·L-1 FY01和15 g·L-1污泥對通用電鍍廢水、康力電鍍廢水中鉻的聯(lián)合去除率分別高達97.7%和88.1%，比兩者單獨處理電鍍廢水的除鉻率總和分別高出39.8%、44.6%。
關鍵詞：生物吸附劑；鉻；電鍍廢水；活性污泥
含鉻電鍍廢水對人體及其它生物具有強烈的三致效應[1]。對該類廢水的妥善處理，已成了電鍍行業(yè)中一個必須解決的環(huán)境問題[2, 3]。由于現(xiàn)階段應用于鉻、銅等重金屬廢水處理的化學法、離子交換法、電解法、活性炭吸附法等處理技術[4, 5]具有費用較高、易產生二次污染等缺點。因此，近年來人們一直在致力于環(huán)保型重金屬廢水處理技術和工藝的研究與開發(fā)[6, 7]。生物吸附法具有價廉、高效、無二次污染、吸附材料來源廣泛等優(yōu)點[8]，已成為重金屬廢水處理的研究熱點[9]。
本文以復合生物吸附劑(FY01)和活性污泥作為生物吸附材料，在曝氣的條件下，對通用電鍍廢水和康力電鍍廢水中鉻的生物吸附性能進行了研究，同時也探討了FY01與污泥的協(xié)同作用。期盼本文的研究工作能為重金屬生物吸附的研究和開發(fā)提供一個新的思路。
1材料與方法
1.1廢水和污泥
通用電鍍廢水：采集于廣東省廣州市某電鍍廠，總Cr、Cr6+、Cu、CODCr、pH分別為68.6 mg·L-1、66.0 mg·L-1、3.35 mg·L-1、67 mg·L-1、3.30。
康力電鍍廢水：采集于廣東省陽江市某電鍍廠，總Cr、Cr6+、Cu、CODCr、pH分別為150.4 mg·L-1、138.3 mg·L-1、4.62 mg·L-1、120 mg·L-1、2.15。
康力電鍍廢水稀釋水樣：利用去離子水對康力電鍍廢水進行稀釋，總Cr、Cr6+、Cu、CODCr分別為50.1 mg·L-1、46.1 mg·L-1、1.54 mg·L-1、40 mg·L-1。
石化污泥：采集于中國石油化工股份有限公司廣州分公司污水處理廠，含水率約84 %。
1.2復合生物吸附劑(FY01)
取枯草桿菌(Bacillus subtilis)、擲孢酵母（Sporobolomycetaceae sp. YJS）、產朊假絲酵母(Candida utilis)、黑曲霉(Aspergillus niger)、芽孢桿菌屬(Bacillus)、酵母屬(Saceharomyces)、根霉屬(Rhizopus)等微生物和電鍍廠內受污染土壤復合馴化。提取馴化后的復合菌體與聚苯乙烯膠球體和植物碎片混合物混合，制備成含水量約為80 %、含菌量為108~109 CFU·g-1的復合生物吸附劑。
1.3吸附實驗
取復合生物吸附劑10 g·L-1、污泥5 g·L-1，投加于2000 mL的電鍍廢水中，調節(jié)pH值，曝氣吸附2 h，取處理后水樣測定總鉻含量。
1.4分析方法
總Cr和Cr6+采用二苯碳酰二肼顯色法測定；銅采用原子吸收法測定，所用原子吸收分光光度計是北京第二光學儀器廠的WFX-1C；COD采用重鉻酸鉀法測定；pH由上海雷磁廠生產的PHS－3C型pH計測定。
2結果與分析
2.1電鍍廢水pH對吸附的影響
與目前公布的高吸附飽和量的單菌株生物吸附劑相比，F(xiàn)Y01對廢水pH的適應能力具有較明顯的優(yōu)勢[3,6]。當廢水pH=2.5~6時，10 g·L-1復合吸附劑和5 g·L-1石化污泥處理通用電鍍廢水2 h后，對68.6 mg·L-1總Cr的去除達71.5~75.6 %，銅的去除達97 %以上；當稀釋后的康力電鍍廢水pH調至2.5~6時，50.1 mg·L-1總Cr的去除率高達80.0~90.0 %，銅的去除達99 %以上，結果表明FY01具有較強的耐廢水pH沖擊的能力。這主要是由于本研究制備的FY01是由多菌種組成，部分菌種對鉻、銅等重金屬具有較強的生物吸附效果和體內積累性能；部分從長期被電鍍廢水、廢渣污染的土壤中馴化出的微生物，已對高濃度重金屬具有較強的解毒能力。菌群中不同的菌種對鉻和銅的吸附具有不同的適宜pH值(如擲孢酵母的適宜pH=2~4，產朊假絲酵母的適宜pH=2~3) [10]。當這些菌處于動態(tài)平衡時，便構成了較寬的適宜pH平臺值。
通用電鍍廢水的pH在適宜吸附的pH范圍內，以下有關該廢水的研究均在原水pH下進行；而康力電鍍廢水的pH則調至3.5。因為該pH值與大部分金屬表面加工行業(yè)的含重金屬廢水的pH值接近；同時，該值處于適宜pH平臺值的中部，易于調控，研究結果在實際應用中具有較好的參考價值。
2.2處理時間對電鍍廢水的吸附實驗
鉻的生物去除可分為2個階段。在吸附開始的較短時間內，鉻的去除率快速增長，可能這是FY01對鉻進行表面吸附的階段。其中，當吸附時間小于0.5 h時，康力廢水中鉻的去除處于快速增長階段，去除率與處理時間的反應方程式和相關系數(shù)r分別為y = 136.46 x + 3.8017、0.9853，變化趨勢呈較強的線性相關。0.5 h后，鉻的去除進入緩慢增長階段。可能此時FY01對鉻的吸附主要以跨細胞膜的體內積累為主，通用電鍍廢水中鉻的去除曲線也具有類似的變化趨勢。
實驗結果表明，本研究采用的曝氣吸附法與現(xiàn)階段重金屬生物吸附研究中采用的靜態(tài)吸附法、振蕩吸附法和攪拌吸附法相比，對鉻的去除效果更加理想[3, 7, 9]。這與曝氣所起的2個作用有關：①曝氣為鉻的生物吸附提供了一個混合均勻的環(huán)境。這樣更有利于FY01與活性污泥形成菌膠團結構，為兩者抵抗鉻的毒性和有效的實現(xiàn)鉻的生物解毒，提供了有利的緩沖環(huán)境；同時，曝氣也有利于鉻與吸附材料的充分接觸；②鉻的生物吸附、還原與生物積累是個好氧的過程，曝氣為該過程提供了好氧環(huán)境。
2.3生物吸附劑吸附性能的穩(wěn)定性
吸附性能的穩(wěn)定性直接影響了生物吸附劑的研究價值和實際應用價值。本實驗對在23~28℃實驗室保存不同時間的FY01進行了吸附研究。結果表明，本研究制備的FY01具有較好的吸附穩(wěn)定性。在50 d內對兩種電鍍廢水進行的10次吸附實驗中，鉻的去除率的極差值均在5 %內。因此，可以判斷FY01的微生物群落構成處于動態(tài)平衡狀態(tài)。
2.4鉻濃度對康力電鍍廢水中鉻生物吸附的影響
把康力電鍍廢水稀釋成不同濃度的含鉻水樣進行生物吸附實驗，鉻濃度是電鍍廢水中鉻生物去除的重要影響因素。當濃度小于25 mg·L-1時，鉻的去除率達92.2以上，處理效果較好；隨著鉻濃度的增加去除效率平緩下降，當濃度等于75 mg·L-1時，出現(xiàn)快速下降的轉折點。可能此時吸附劑對鉻的吸附接近飽和，高濃度六價鉻的毒性也對鉻的生物去除產生了影響。
2.5活性污泥對照實驗
活性污泥單獨作為生物吸附材料處理電鍍廢水，對鉻的吸附效果并不理想，當污泥濃度為15 g·L-1時，康力廢水向稀釋水樣中50.1 mg·L-1總Cr和通用廢水中68.6 mg·L-1總Cr的去除率僅為16.8 %、12.3 %。光學顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，此時污泥菌膠團已經解體，沉淀性能差。
FY01與活性污泥聯(lián)用后，兩者間的協(xié)同促進作用非常顯著。如當污泥濃度為0時，康力廢水和通用廢水總Cr的去除率僅為41.1 %、31.2 %，吸附后菌體沉淀性能差。隨著污泥濃度的增加，菌與污泥對鉻的去除率迅速增長。當污泥濃度為5 g·L-1時，鉻的去除率分別高達83.7 %、72.7 %；當污泥濃度達15 g·L-1時，去除率分別高達97.7 %和88.1 %，比10 g·L-1 FY01和15 g·L-1污泥單獨處理電鍍廢水的除鉻率總和分別高出39.8 %、44.6 %。曝氣停止后，靜置10 min就可以實現(xiàn)固液分離。
FY01與活性污泥的協(xié)同促進作用主要是由于活性污泥可以為生物吸附劑提供一個穩(wěn)定的緩沖環(huán)境，同時污泥中的微生物也具有一定的解毒能力；在該緩沖環(huán)境中，F(xiàn)Y01對鉻的還原解毒是鉻生物去除的關鍵。還原后，高毒性的六價鉻主要形成了低毒性的三價鉻，有效的降低了鉻對污泥及吸附劑的毒性破壞。
3結論
(1) FY01和活性污泥是聯(lián)合處理含鉻電鍍廢水的良好的生物吸附材料，對廢水的pH適應能力強。當廢水pH=2.5~6時，10 g·L-1 FY01和5 g·L-1污泥曝氣處理電鍍廢水2 h后，通用廢水中68.6 mg·L-1總Cr的去除率達71.5~75.6 %，銅的去除達97 %以上；康力電鍍廢水中50.1 mg·L-1總Cr的去除率高達80.0~90.0 %，銅的去除達99 %以上。
(2) FY01對鉻具有良好的吸附穩(wěn)定性。在50 d內對兩種電鍍廢水進行的10次吸附實驗中，鉻的去除率的極差值均在5 %內。
(3) FY01對鉻的吸附分為快速吸附和緩慢吸附兩個階段。同時，活性污泥的投加能有效的促進鉻的生物吸附效果。曝氣處理2 h后，10 g·L-1 FY01和15 g·L-1污泥聯(lián)合作用，對鉻的去除率比兩者單獨處理康力廢水和通用廢水的除鉻率總和分別提高了39.8 %、44.6 %。
