混凝强化型好氧颗粒污泥对Ni<sup>2+</sup>吸附性能及机理研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0210

摘要/Abstract

摘要：

为强化好氧颗粒污泥（AGS）对重金属Ni²⁺的吸附效能，利用聚合氯化铝（PAC）和天然混凝剂（SNC）的特性培养形成混凝强化型AGS，并探究AGS对Ni²⁺的吸附性能及机理。结果表明：PAC型和SNC型AGS对Ni²⁺均具有良好的吸附性能且存在特异性，Ni²⁺质量浓度为0~25 mg/L时，PAC型AGS吸附效能较优；Ni²⁺质量浓度为100~150 mg/L时，SNC型AGS吸附性能较优。模型拟合结果表明：混凝强化型AGS对Ni²⁺的吸附以物理-化学吸附为主，对于吸附量及吸附速率，SNC型AGS均大于PAC型AGS。傅里叶红外变换光谱（FT-IR）结果表明，吸附过程中混凝强化型AGS存在大量羟基、羧基和氨基等基团与Ni²⁺吸附结合，实现了Ni²⁺的有效去除；同时，SNC能强化AGS中的官能团，提高吸附性能。

关键词: 好氧颗粒污泥, 混凝剂, Ni²⁺, 生物吸附

Abstract:

To strengthen the adsorption efficiency of heavy metal Ni²⁺ by aerobic granulated sludge（AGS），AGS was developed to explore the adsorption performance and mechanism of AGS to Ni²⁺with the characteristics of poly aluminum chloride（PAC） and starch-based natural coagulant（SNC）. The results showed that PAC and SNC-type AGS had good adsorption performance and specificity for Ni²⁺. PAC-type AGS had better adsorption efficiency when the concentration of Ni²⁺ was 0-25 mg/L. The adsorption capacity of SNC-type AGS was better at 100-150 mg/L. The model fitting results showed that the coagulation-enhanced type AGS mainly had physical-chemical adsorption on Ni²⁺，and the adsorption capacity and rate of SNC-type AGS were higher than PAC-type. FT-IR results showed that during the adsorption process，a large number of hydroxyl，carboxyl and amino groups were adsorbed and combined with Ni²⁺ in coagulation-enhanced AGS，achieving effective Ni²⁺ removal. Meanwhile，SNC could strengthen the functional groups in AGS and improve the adsorption performance.

Key words: aerobic granular sludge, coagulant, Ni²⁺, biosorption

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I1/89

图/表 8

图1 混凝强化型AGS的SEM

Fig. 1 SEM of aerobic granular sludge

图2 Ni²⁺初始质量浓度对AGS吸附性能的影响

Fig. 2 Effect of initial concentration of Ni²⁺ on the adsorption performance of AGS

图3 AGS投加量对AGS吸附性能的影响

Fig. 3 Effect of AGS dosage on AGS adsorption performance

图4 pH对AGS吸附性能的影响

Fig. 4 Effect of pH on AGS adsorption performance

图5 反应时间对AGS吸附性能的影响

Fig. 5 Effect of reaction time on AGS adsorption performance

表1 准一级动力学、准二级动力学和颗粒内扩散模型拟合参数

Table 1 Fitting parameters of quasi-primary kinetics，quasi-secondary kinetics and intraparticle diffusion models

名称	准一级动力学			准二级动力学			颗粒内扩散
名称	Q_e/（mg·g^-1）	K₁/min^-1	R²	q_e/（mg·g^-1）	K₂/（g·mg^-1·min^-1）	R²	K/（mg·g^-1·min^-0.5）	I/（mg·g^-1）	R²
S1	3.35	0.026	0.530 5	14.04	0.026	0.999 4	0.510	7.03	0.509 2
S2	3.96	0.032	0.809 7	13.30	0.022	0.999 2	0.478	6.70	0.493 5

表2 吸附等温线模型参数

Table 2 Fitting parameters of adsorption isotherm model

名称	Langmuir方程			Freundlich方程			Temkin方程
名称	K_L	q_m	R²	K_F	1/n	R²	K_T	f	R²
S1	0.002	370.37	0.396 5	1.038	0.883	0.924 5	48.565	0.048	0.912 8
S2	0.005	103.09	0.854 2	1.474	0.682	0.944 8	21.604	0.062	0.908 9

图6 混凝强化AGS吸附Ni²⁺前后的FT-IR图谱
（a） SNC型AGS吸附Ni²⁺前；（b） SNC型AGS吸附Ni²⁺后；
（c） PAC型AGS吸附Ni²⁺前；（d） PAC型AGS吸附Ni²⁺后。

Fig. 6 FT-IR profiles of coagulation-enhanced granular sludge before and after Ni²⁺ adsorption

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