第2卷 第9期环境工程学报
Vol.2,No.92008年9月
Chine Journal of Envir on mental Engineering
Sep 12008
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(S BR )
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
Rem ova l of forma ldehyde from wa stewa ter by acti va ted sludge
Xu Zhongjun Cheng Zufen L in A ijun W ang J inggang T ong Hua
(Depart m ent of Envir onmental Science and Engineering,Beijing University of Che m ical Technol ogy,Beijing 100029)
Abstract It is an econom ical way that the for maldehyde in l ow concentrati on is re moved fr om waste water by m icr oorganis m.I n this study,a quencing batch react or (S BR )was e mp l oyed t o investigate effects of aera 2ting ti m e,influent f or maldehyde concentrati on,influent water pH and water te mperature on the re moval of f or m 2aldehyde in l o w concentrati on fr om waste water by m icr oorganis m.The results showed that the re moval rate of for maldehyde by activated sludge incread with aerating ti m e .Both f or maldehyde l oad rate by activated sludge and f or maldehyd
e degradati on rate by m icr oorganis m incread with elevated influent f or maldehyde concentrati on,while for maldehyde re moval rate decread within the influent f or maldehyde concentrati on range fr om 40t o 120mg/L.For maldehyde degradati on efficiency by activated sludge was higher in the water of pH 5～7.For m 2aldehyde re moval rate incread and for maldehyde degradati on rate incread taking the for m of an exponential functi on with elevated water te mperature within the water te mperature range fr om 15℃t o 35℃.
Key words f or maldehyde;activated sludge;re moval
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。E 2mail:
甲醛作为一种经济有效的消毒剂广泛应用于卫生、水产行业，作为有机溶剂应用于化工、有机合成、油漆、涂料、塑料、制革、纺织、军工以及木材粘合剂等行业。因此，甲醛废水来源较广。研究表明，甲醛从多方面威胁人体健康，如呼吸道和眼部刺激作用、致敏作用和免疫毒性、遗传毒性和致癌作用、肺功能损害、神经行为改变等[1]
。鉴于此，世界大多数国家均制定了控制甲醛废水排放的严格的标准。我国《地表水环境质量标准》规定集中式生活饮用水地表水源甲醛含量不得高于0.9mg/L,《污水综合排放标准》规定二级排放污水甲醛含量不得高于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]
，因而，高浓度甲醛废水不适
合用生物法处理。目前，高浓度甲醛废水常采用高
级氧化法、
二氧化氯法和蒸气吹脱法等[2]
。低浓度甲醛可作为碳源被许多异养型微生物利用，如甲基
球菌属(M ethylococcus )、
盐单胞菌属(Ha lo m onas )、红球菌属(R hodococcus )及部分酵母
[3～5]
。孙 石等[6]
采用微生物法净化低浓度甲醛废气取得了较
韦小宝的七个老婆好效果，利用微生物法净化甲醛废水的研究成果也
不断见诸报道
[7,8]
。本实验采用序批式活性污泥法(S BR )研究污泥对废水中低浓度甲醛的净化性能，并分析了相关影响因素，为下一步设计甲醛废水的活性污泥处理工艺提供理论基础。
环境工程学报第2卷
1 材料与方法
路字几画
1.1 实验仪器、试剂和废水分光光度计(UV 22550，日本岛津)、pH 计(Ecoscan22pH6，厦门中村仪器有限公司)、恒温培养箱(GXZ 22800B ，宁波江南仪器厂)，盐酸、Na OH 、36%～38%的甲醛溶液均为分析纯。实验用废水为
实验室配制的含甲醛模拟废水,pH 约为7,COD 浓度约为500mg/L 。1.2 实验装置实验所用S BR 反应器如图1所示。反应器主体由聚氯乙烯塑料圆桶加工而成，内径12c m ，高45c m ，总体积约5L，有效液体容积4L，在2L 处开一个排水口，反应器底部开一个污泥排放口。曝气空气由空压机提供，气流量用浮子流量计控制在约3L /m in 。反应器置于恒温培养箱中
。
图1 实验装置示意图
Fig .1 Sche matic diagra m of S BR syste m
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,S V I 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S BR 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90m in，沉淀30m in，排水和闲置共30m in，在曝气过
程中每10m in 采集10mL 水样,1000r/m in 离心
2m in，取上清液，采用乙酰丙酮分光光度法测定废
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I nterscan 公司生产
的4160型甲醛分析仪监测反应器甲醛挥发，均未
检出。
测定进水甲醛浓度和曝气时间对污泥净化甲醛
的影响时，在25℃下，采用同一批污泥，依次按进水甲醛浓为60、80、100和120mg/L 完成各循环处理周期。测定温度对污泥净化甲醛的影响时，也采用同一批污泥，进水甲醛浓度为100mg/L，按15℃、20℃、25℃、30℃和35℃依次升高温度完成各循环处理周期。
测定pH 对污泥净化甲醛的影响时，用盐酸或Na OH 调节出pH 为4、5、6、7、8和9的废水，进水甲醛浓度为100mg/L，在25℃下，依次完成各循环处理周期。由于pH 改变可能对微生物产生毒害作用，每个运行周期均更换污泥。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80m in 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90m in 时,
出水甲醛仍然超标。上述分析表明，采用S BR 工艺处理甲醛废水时,
应根据进水甲醛浓度选择适当的曝气时间。图2 甲醛去除率随时间的变化Fig .2 Changes in for maldehyde re moval rate with reacti on ti m e
4711
第9期徐仲均等：活性污泥对甲醛废水的净化性能
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
列出了S BR 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
醛的机会增多，降解速率增大[5]
。针对本工艺，甲醛污泥负荷<0136kg 甲醛/(kg MLSS ・d )时，甲醛
出水浓度可达标。
图3 不同甲醛浓度进水经90m in
曝气后甲醛的去除率
Fig .3 Effect of influent f or maldehyde concentrati on on
for maldehyde re moval rate after 90m in reacti on
表1 SBR 反应器进出水甲醛浓度及甲醛污泥负荷
Table 1 For ma ldehyde concen tra ti on s of i n fluen t
and effluen t wa ter and for ma ldehyde load ra tes by acti va ted sludge i n SBR reactor
进水甲醛浓度(mg/L )出水甲醛浓度(mg/L )甲醛污泥负荷
(kg 甲醛/kg MLSS ・d )400.80.31600.80.36
8015.30.44
10019.60.49
12042.80.502.3 pH 对污泥净化性能的影响活性污泥微生物种类复杂，其活性取决于其中的优势微生物。不同的微生物对酸碱的耐受性差异较大。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
过脱氢氧化成甲酸，进一步分解为二氧化碳[9,10]
。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。
图4 不同pH 进水经90m in 曝气后甲醛的去除率
Fig .4 Effect of influent water pH on for maldehyde
re moval rate after 90m in reacti on
介绍家乡2.4 温度对污泥净化性能的影响
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Q 10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90m in 曝气后甲醛的去除率分别为74.2%、7812%、9115%、99.1%和99.8%，相应的甲醛出水浓度为27.2、21.5、7.6、0.8和0.2mg/L，表明随着温度升
鸡爪怎么卤才好吃高，污泥对甲醛的去除率增大，甲醛污泥负荷也随之提高。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
20～30℃范围内，降低或升高温度，微生物对甲醛的
去除率变化最明显，说明在该温度范围内微生物对温度改变比较敏感。通过分析温度对甲醛降解速率
5711
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0175mg/(L ・m in )，随着温度升高微生物对甲醛的降解速率呈增加趋势，当温度为35℃时，甲醛的降解速率达1.42mg/(L ・m in )。分析甲醛降解速率(v )与水温(T )关系发现，两者遵循指数函数关系v =0.43exp (0.034T )(R 2
=0.98,P <0.01)(图
5)，通过计算可得污泥对甲醛降解速率的温度系数
Q 10为1.4，表明温度升高10℃，微生物对甲醛的降
解速率提高1.4倍。Pedern 等[12]
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Q 10为2.8，高出我们的研究结果1倍，可能是因为Pedern 等[12]
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
。
图5 不同水温下经90m in 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 ・m in ))
Fig .5 Effect of water te mperature on f or maldehyde re moval rate and degradati on rate after 90m in reacti on
3 结 论
(1)S BR 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90m in 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/(kg MLSS ・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
<5或>8，污泥对甲醛的去除率均快速下降。
(4)在15～35℃范围内温度升高，污泥对废水
中甲醛的去除率增大，污泥对甲醛的降解速率随温度升高呈指数递增趋势。适当提高反应器水温，可增加微生物活性，提高反应器的处理能力。
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