餐飲廢水-生物質(zhì)材料預處理

餐飲廢水|生物質(zhì)材料預處理隨著第三產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，餐飲廢水排放量也日益劇增，對生態(tài)系統(tǒng)及人體安康的造成嚴重危害，已成為水體的主要污染源之一。目前，空氣浮選法、電化學技術、吸附、固定化脂肪酶分解、微生物法、凝聚和絮凝和膜處理工藝等都被用來開展處理餐飲廢水。吸附法以工藝簡單快捷的特點，被許多研究者利用，吸附劑多為活性炭、殼聚糖和橡膠等，但這些吸附劑價格偏高；價廉、處理效果好、綠色環(huán)保的吸附材料，正快速成為研究的熱點，生物質(zhì)材料在水處理中應用前景廣闊。廉價生物質(zhì)材料替代常規(guī)材料，是環(huán)境領域眾多研究人員感興趣的課題，它具有技術簡單、小加工成本和較好吸附能力等特點。餐飲廢水中以膠體分散狀態(tài)存在的微細分散油、乳化油，由于劇烈的碰撞、剪切，造成電離、吸附和摩擦，加上表面活性劑的作用，會使組成油珠界面的基團變?yōu)镃OO-和O-，生物質(zhì)表面較多的活性物質(zhì)和官能團與油珠通過化學鍵發(fā)生吸附。生物質(zhì)材料還具有多孔性和良好的孔徑分布，可對餐飲廢水中的部分浮油、分散油和其他溶解性有機物開展物理吸附。本研究嘗試利用水葫蘆、柚子皮、木屑和核桃殼四種生物質(zhì)對餐飲廢水開展預處理，探討了生物質(zhì)粒徑、廢水初始pH、生物質(zhì)投加量、反應溫度、時間對預處理效果的影響，以此實驗參數(shù)為研究課題餐飲廢水一體化處理裝置提供理論依據(jù)。1、實驗部分1.1實驗儀器及材料實驗儀器:TDL-40B離心機、IR-2A紅外三波數(shù)測油儀、JSM-6360LA掃描電子顯微鏡、AutosorbiQ2-MP快速全自動比表面和孔徑分析儀材料:餐飲廢水收集自學校食堂，核桃殼、柚子來自某超市，水葫蘆取自湖邊，木屑來自木材加工廠。1.2生物質(zhì)材料比表面積及SEM分析材料的比表面積是影響其吸附性能的主要指標，經(jīng)測試核桃殼、木屑、柚子皮、水葫蘆的比表面積分別為0?35、5.31、1.87和5.86m2/g。表面形態(tài)通過掃描電鏡觀察，圖1為核桃殼、木屑、柚子皮、水葫蘆的SEM圖片，可以看出核桃殼表面呈現(xiàn)團狀構造，層層包裹;木屑表面粗糙，呈現(xiàn)鋸齒狀;柚子皮表面有褶皺，呈現(xiàn)溝壑狀;水葫蘆具有緊湊的組織構造，排列嚴密。1.3實驗步驟1.3.1餐飲廢水的預處理及分析餐飲廢水中含有大量浮油、膠體和懸浮雜質(zhì)，將取回的廢水通過4層無紡布過濾，得到實驗中所用廢水;廢水COD為2021.5?3053.3mg/L，油含量為2.9?431.6mg/L,其中，油脂對COD的奉獻率為2.3?2.8,可見油脂是COD產(chǎn)生的主要來源，除油是餐飲廢水處理的關鍵。1.3.2生物質(zhì)材料的預處理及制備2/7將所得生物質(zhì)材料開展剪碎(其中柚子皮去掉黃色表皮)，再用蒸餾水開展水洗，去除色素及其他溶解性物質(zhì)，至水變得澄清，將水洗過生物質(zhì)置于恒溫干燥箱中，烘干至恒重，用高速粉碎機粉碎并過篩，獲取所需粒徑的生物質(zhì)材料。1.3.3預處理實驗取5mL燒杯數(shù)個，分別參加一定量的餐飲廢水，調(diào)節(jié)pH，參加定量的生物質(zhì)材料，恒溫水浴振蕩器內(nèi)振蕩一定時間，實驗中搖床速率恒定為150r/min，實驗完成后，取其上層清液稀釋一定倍數(shù)，測定COD及油脂含量。1.3.4COD及油脂含量的測定采用快速密閉催化消解法測COD。紅外分光光度法測油脂含量，其測量原理是根據(jù)國家標準GB/T16488-1996要求，在2930、2960cm-1及3030cm-1分別測出油分構造中的亞甲基，甲基和芳香環(huán)的吸光度，計算出油分濃度，油脂的吸附量，公式如下：式中：v為餐飲廢水體積(L);w為生物質(zhì)的投加量(g);c0為吸附前油脂濃度(mg/L);c為吸附后油脂濃度(mg/L)。2、結果與討論2.1生物質(zhì)粒徑對處理效果的影響按照1.3.3實驗方法，生物質(zhì)投加量為28g/L，廢水pH為3，處理時間為3h，反應溫度為20°C，考察不同粒徑對處理效果的影響，圖2所示，生物質(zhì)粒徑越小，處理效果越好，粒徑＜0.2mm時處理效果最優(yōu);這與相關研究吻合，顆粒粒徑減小，總表面積增大，增加了生物質(zhì)在外表面的吸附幾率，而粒徑越大，傳質(zhì)擴散阻力越大，影響處理效果。粒徑越小，材料整體毛細孔越豐富，根據(jù)毛細管凝聚理論，微孔有利于油脂之間相互作用，所以當粒徑較小時不僅有表面吸附作用，可能還會產(chǎn)生微孔填充效應，從而增加處理材料對有機物和油脂的吸附量。而同一粒徑下，處理效果由大到小分別水葫蘆、木屑、柚子皮、核桃殼;水葫蘆對COD的去除率到達65%左右、油脂吸附量為16.42mg/g。2.2廢水pH對處理效果的影響按照1.3.3實驗方法，生物質(zhì)粒徑＜0.2mm，投加量為28g/L,處理時間為3h,反應溫度為20C,考察不同pH對處理效果的影響，結果如圖3所示。由圖3可知，pH對餐飲廢水處理效果影響顯著，處理效果隨著pH增加而降低。pH為4時，水葫蘆、柚子皮處理效果最優(yōu)，COD去除率分別到達了65.49%和54.77%,油脂的吸附量分別為15.56mg/g和7.77mg/g;而pH為2時，木屑和核桃殼處理效果最優(yōu)。柚子皮和水葫蘆的纖維素含量高于木屑和核桃殼，pH為2,酸性較強時，可能一部分有機物浸溶到廢水中，奉獻了COD,使去除率降低?？傮w來看酸性條件更有利于處理，在此條件下有機化合物和油脂表面帶負電荷，而生物質(zhì)材料表面帶正電荷，產(chǎn)生靜電吸附，而pH太大，降低處理效果。2.3生物質(zhì)投加量對處理效果的影響按照1.3.3實驗方法，生物質(zhì)粒徑＜0.2mm，廢水pH為3,處理時間為3h,反應溫度為20C,考察不同投加量對處理效果的影響，結果如圖4所示。由圖4可知，COD去除率隨投加量增加而提高。當柚子皮和水葫蘆投加量為20g/L時，COD去除率變化較小，而木屑與核桃殼投加量為28g/L時，趨于穩(wěn)定。由于投加量增加，處理過程中吸附點位數(shù)量增加，有機物和油脂與材料位點接觸幾率提高，處理表面積增大。由于投加量大，總吸附點未到達飽和，導致單位生物質(zhì)油脂吸附量降低。2.4反應溫度對處理效果的影響按照1.3.3實驗方法，生物質(zhì)粒徑＜0.2mm，生物質(zhì)投加量為28g/L,廢水pH為3,處理時間為3h,考察不同溫度對處理效果的影響，結果如圖5所示。由圖5可知，溫度對處理效果的影響較小，隨著溫度的升高，COD去除率和油脂吸附量逐漸降低，但變化較小。溫度在20?40C范圍內(nèi)，生物質(zhì)材料對COD的去除率變化在6%?8%之間;由圖5(b)可知，隨溫度變化，每種生物質(zhì)油脂吸附量變化不超過3mg/g。溫度升高，油脂吸附量逐漸降低，說明油脂在生物質(zhì)材料上的吸附是放熱反應，低溫有利于吸附，餐飲廢水在室溫下即可處理，不需特意升高溫度。2.5反應時間對處理效果的影響按照1.3.3實驗方法，生物質(zhì)粒徑＜0.2mm，投加量為28g/L,廢水pH為3,反應溫度為20C,考察處理時間對處理效果的影響，結果如圖6所示。由圖6可知，生物質(zhì)材料對餐飲廢水的處理效果隨著時間的延長而逐漸顯著,并趨于穩(wěn)定。由圖6(a)可知，對于COD去除率，水葫蘆、柚子皮處理2h后趨于平衡，而木屑、核桃殼處理2.5h后到達了平衡;水葫蘆、柚子皮、木屑到達平衡后處理效果均有不同程度的下降。由圖6(b)可知，水葫蘆和柚子皮在2h內(nèi)油脂的吸附量到達平衡，而水葫蘆對廢水中的油的吸附效果明顯，呈直線上升趨勢，而其他3種生物質(zhì)吸附效果變化緩慢。水葫蘆的快速吸附說明油脂分子在水葫蘆表面快速擴散，固液兩相接觸面積大，有利于油脂分子向水葫蘆表面活性位點的擴散。2.64種材料處理效果差異分析比表面積的大小會影響吸附材料的處理效果，材料的微孔的含量越多、比表面積越大，材料的吸附量越大。各處理材料比表面積的大小關系為:水葫蘆〉木屑〉柚子皮＞核桃殼。另外從孔徑分布來看，核桃殼表面構造呈塊狀,固液接觸面積較小，其吸附能力較弱。木屑構造呈片狀，孔隙構造以大孔為主，而中孔和微孔吸附性能較好，所以木屑的孔徑大小分布不合理，吸附能力較弱。柚子皮構造呈蜂窩狀,有大量的孔洞，孔徑大小分布均勻有序，具有很大的表面積，吸附能力強。水葫蘆構造呈管狀，孔隙構造發(fā)達、孔徑大小分布合理，與餐飲廢水的接觸面積較大大，處理效果明顯。3、結論利用生物質(zhì)對餐飲廢水開展預處理，確定了各生物質(zhì)材料最正確的處理工藝，其中水葫蘆和柚子皮的最正確處理條件為:生物質(zhì)粒徑＜0.2mm,投加量為20g/L,pH為4,處理時間為2h,反應溫度為20T;木屑和核桃殼的最正確處理條