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user: 3. 结果与讨论 3.1. 吸附方式的影响 在温度为25℃时，取200 mL的活性污泥与300 mL的污水加入反应器中，分别进行厌氧吸附和好氧吸附(DO = 2.0 ± 0.4 mg∙L −1 )，分别在0 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min取样测定水中COD值，研究吸附方式对污泥吸附性能的影响。 采用厌氧吸附方式时，如图3(a)所示，吸附作用非常迅速，10 min吸附量就达到了80.97 mg∙g −1 ，吸附率达到50%以上；然而随着时间的增加，吸附量和吸附率开始下降，到30 min后才有所回升，50 min吸附量和吸附率最低，60 min吸附量和吸附率急剧升高，分别达到84.76 mg∙g −1 和54.56%，略高于10 min时的吸附量和吸附率。 采用好氧吸附方式时，如图3(b)所示，吸附量和吸附率随时间增加而增大，在20 min时吸附量达到最大值，为95.36 mg∙g −1 ，吸附率为54%；之后随着时间的增加，吸附量和吸附率开始下降，到40 min后吸附量和吸附率又开始迅速上升，60 min时吸附量和吸附率分别为93.95 mg∙g −1 和53.18%，和10 min时近似相等。 两种吸附方式下，吸附量和吸附率均经历了由高到低，再到高的过程。这与Smith发现的污水与活性污泥混合曝气后五日生化需氧量(BOD 5 )值的变化动态中BOD 5 在5~15 min内急剧下降，然后略行升起，随后又行缓慢下降的过程一致 [ 12 ] 。由图3(c)可以看出，两种吸附方式下，活性污泥均在很短的时间达到第一个吸附率极大值点，说明生物吸附是在活性污泥与污水接触的初期(10 min~20 min)就发生的。相比于厌氧吸附，好氧吸附的吸附率更高。 3.2. 污泥浓度的影响 在温度为25℃时，取污泥浓度为1.171 g∙L −1 (I)、2.342 g∙L −1 (II)、3.513 g∙L −1 (III)活性污泥各200 mL 图3. 吸附方式对活性污泥吸附性能的影响：(a) 厌氧吸附下的吸附量和吸附率；(b) 好氧吸附下的吸附量和吸附率；(c) 不同吸附方式的吸附率 分别加入到反应器，均加入300 mL污水进行好氧吸附。分别在0 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min取样测定水中COD值，研究污泥浓度对污泥吸附性能的影响。 假定生物吸附是可逆的过程，认为在曲线第一次达到最低点时，吸附达到平衡，即单位时间内吸附的数量等与解吸的数量。如图4(a)所示，不同污泥浓度下的吸附量均先升高再降低，并都在20 min时完成初期吸附去除，达到吸附平衡点。此时，I、II、III的吸附量分别为107.82 mg∙g −1 、95.38 mg∙g −1 、77.22 mg∙g −1 。随着时间增加，不同浓度污泥的吸附量均开始下降，污泥开始解吸附。在I中，吸附量在30 min时达到最低值，为44.36 mg∙g −1 ；随污泥浓度增大，在II、III中，吸附量分别在40 min、50 min时达到最低值，分别为39.00 mg∙g −1 、34.13 mg∙g −1 。由于COD是多种混合有机物质的综合反映，其生物吸附反应复杂，包含物理、化学吸附，不能完全解吸 [ 13 ] 。由图4(b)可以看出，不同污泥浓度下的吸附率均先升高再降低，并都在20 min吸附平衡点时吸附率最大。到达吸附平衡点时，I、II、III的吸附率分别为31.46%、54.00%、62.94%，表明随着污泥浓度增大，吸附率增大。 实验结果表明，达到吸附平衡点的时间与污泥浓度无关；污泥浓度越低，吸附量越高，吸附率越低；随着时间的增加，污泥浓度越高，解吸过程越缓慢。 图4. 污泥浓度对活性污泥吸附性能的影响：(a) 不同浓度下活性污泥的吸附量；(b) 不同浓度下活性污泥的吸附率 3.3. pH的影响 在温度为25℃时，取200 mL的活性污泥与300 mL的污水加入反应器中，调节pH分别为7.1、7.6、8.1进行好氧吸附实验，分别在0 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min取样测定水中COD值，研究pH对污泥吸附性能的影响。 如图5(a)所示，不同pH条件下活性的吸附量均先升高再降低。当pH = 7.1和7.6时，活性污泥在20 min时完成初期吸附去除，吸附量最大，分别为67.40 mg∙g −1 、72.95 mg∙g −1 。当pH = 8.1时，活性污泥在10 min时达到吸附平衡点，吸附量为76.38 mg∙g −1 。pH的变化的活性污泥吸附量的影响不明显。这与李鑫等人 [ 14 ] 研究活性污泥在pH = 3~9范围内对垃圾渗滤液的吸附效果时得出的结论一致。而李冰璟等人 [ 15 ] 在研究活性污泥吸附性能时发现在pH = 5.5、6.0、6.5条件下，活性污泥的比吸附量分别为0.0042、0.0118、0.0219，可能是因为在不同pH下污水的配置方式不同。达到吸附平衡点之后，不同pH条件下的活性污泥的吸附量均开始下降，污泥开始解吸附。在pH = 7.1、7.6、8.1条件下，活性污泥的吸附量分别在20 min、30 min、40 min达到最低值，分别为39.70 mg∙g −1 、42.81 mg∙g −1 、43.57 mg∙g −1 ，表明随着pH增大，解析过程更加迅速。由图5(b)可以看出，不同pH条件下活性污泥的吸附率均先升高再降低，到达吸附平衡点时，pH = 7.1、7.6、8.1的吸附率分别为44.49%、50.13%、52.62%。随着pH的增大，吸附率略有增加。 实验结果表明，pH的变化对活性污泥吸附量的影响不大，可能会加快到达吸附平衡点的时间。pH越高，活性污泥的解吸过程越迅速。 3.4. 吸附等温线 在吸附平衡研究中，常用Henry公式 [ 16 ] 、Freundlich公式和Langmuir公式 [ 17 ] 描述吸附等温线，每种吸附等温方程都包含两个参数。 Henry公式： q e = K C e (1) 式中，q e 为吸附量，mg∙g −1 ；C e 为平衡浓度，mg∙L −1 ；K为分配系数。 图5. pH对活性污泥吸附性能的影响：(a) 不同pH下活性污泥的吸附量；(b) 不同pH下活性污泥的吸附率 Freundlich公式： q e = K F C e 1 n (2) 式中，K F ，n为吸附常数；q e ，C e 同上。 Langmuir公式： q e = K L q m C e 1 + K L C e (3) 式中，K L 为吸附常数，L∙mg −1 ；q m 为最大吸附量，mg∙g −1 ；q e ，C e 同上。 公式3可转换为： 1 q e = 1 K L q m 1 C e + 1 q m (4) 拟合结果见图6和表1，活性污泥吸附等温线更好地符合Freundlich型吸附等温线和Langmuir型吸附等温线。尤作亮等人 [ 13 ] 也发现强化一级处理污泥对废水中有机物的吸附等温线既符合Freundlich型，又符合Langmuir型。而Aksu等人在进行活性污泥对单一有机物的生物吸附研究时得出的结果不同，认为吸附等温线更符合Langmuir型 [ 18 ] 。Freundlich型吸附等温线的吸附常数n在1~10之间，表明活性污泥是良好的吸附剂 [ 19 ] 。 3.5. 冗余分析 将吸附方式、污泥浓度和pH作为环境因子变量，借助冗余分析模型(RDA)分析其对污泥吸附性能的影响，结果如图7所示。对于RDA的排序图，数据箭头之间的夹角越小，则相关性越高；箭头同向，表示数据之间为正相关，反向则为负相关。 从图7中可以看出，吸附率与污泥浓度和pH大小成正相关，吸附量与pH大小成正相关，与污泥浓度成负相关；采用好氧吸附，吸附量和吸附率均高于厌氧吸附。污泥浓度与吸附率的关系最为密切，可以通过提高污泥浓度来获得更高的吸附率；pH与吸附平衡时间的相关性更高，pH的增大可以减少到达吸附平衡的时间。由于厌氧吸附的数据点相对较少，吸附方式对吸附平衡时间的影响需要进一步研究。 Table 1 The parameters of Adsorption isotherm 吸附剂 Henry型 Freundlich型 Langmuir型 K R 2 K F n R 2 K L /L∙mg −1 q m /mg∙g −1 R 2 活性污泥 1.095 0.261 7.422 1.742 0.880 0.007 243.90 0.896 表1. 活性污泥吸附等温线的常数 图6. 吸附等温线：(a) Henry型和Freundlich型吸附等温线；(b) Langmuir型吸附等温线 图7. 吸附方式、污泥浓度和pH对污泥吸附性能的RDA分析