1、实验部分

1．1 实验仪器及材料

实验仪器: TDL-40B 离心机、IＲ-200A红外三波数测油仪、JSM-6360LA 扫描电子显微镜、AutosorbiQ2-MP 快速全自动比表面和孔径分析仪材料: 餐饮废水收集自学校食堂，核桃壳、柚子来自某超市，水葫芦取自滆湖边，木屑来自木材加工厂。

1．2 生物质材料比表面积及SEM 分析

材料的比表面积是影响其吸附性能的主要指标，经测试核桃壳、木屑、柚子皮、水葫芦的比表面积分别为0．35、5．31、1．87 和5．86 m2/g。

表面形态通过扫描电镜观察，图1 为核桃壳、木屑、柚子皮、水葫芦的SEM 图片，可以看出核桃壳表面呈现团状结构，层层包裹; 木屑表面粗糙，呈现锯齿状; 柚子皮表面有褶皱，呈现沟壑状; 水葫芦具有紧凑的组织结构，排列紧密。

1．3 实验步骤

1．3．1 餐饮废水的预处理及分析

餐饮废水中含有大量浮油、胶体和悬浮杂质，将取回的废水通过4 层无纺布过滤，得到实验中所用废水; 废水COD 为2 021．5～3 053．3 mg/L，油含量为200．9～431．6 mg/L，其中，油脂对COD 的贡献率为2．3～2．8，可见油脂是COD 产生的主要来源，除油是餐饮废水处理的关键。

1．3．2 生物质材料的预处理及制备

将所得生物质材料进行剪碎(其中柚子皮去掉黄色表皮)，再用蒸馏水进行水洗，去除色素及其他溶解性物质，至水变得澄清，将水洗过生物质置于恒温干燥箱中，烘干至恒重，用高速粉碎机粉碎并过筛，获取所需粒径的生物质材料。

1．3．3 预处理实验

取500 mL 烧杯数个，分别加入一定量的餐饮废水，调节pH，加入定量的生物质材料，恒温水浴振荡器内振荡一定时间，实验中摇床速率恒定为150 r/min，实验完成后，取其上层清液稀释一定倍数，测定COD 及油脂含量。

1．3．4 COD 及油脂含量的测定

采用快速密闭催化消解法测COD。红外分光光度法测油脂含量，其测量原理是根据国家标准GB/T16488-1996 要求，在2 930、2 960 cm-1 及3 030 cm-1 分别测出油分结构中的亚甲基，甲基和芳香环的吸光度，计算出油分浓度，油脂的吸附量，公式如下:

式中: v 为餐饮废水体积(L); w 为生物质的投加量(g); c0为吸附前油脂浓度(mg/L); c 为吸附后油脂浓度(mg/L)。

2、结果与讨论

2．1 生物质粒径对处理效果的影响

按照1．3．3 实验方法，生物质投加量为28 g/L，废水pH 为3，处理时间为3 h，反应温度为20℃，考察不同粒径对处理效果的影响，结果如图2 所示。

由图2 可知，生物质粒径越小，处理效果越好，粒径＜0．2 mm时处理效果最优; 这与相关研究吻合，颗粒粒径减小，总表面积增大，增加了生物质在外表面的吸附几率，而粒径越大，传质扩散阻力越大，影响处理效果。粒径越小，材料整体毛细孔越丰富，根据毛细管凝聚理论，微孔有利于油脂之间相互作用，所以当粒径较小时不仅有表面吸附作用，可能还会产生微孔填充效应，从而增加处理材料对有机物和油脂的吸附量。而同一粒径下，处理效果由大到小分别水葫芦、木屑、柚子皮、核桃壳; 水葫芦对COD的去除率达到65%左右、油脂吸附量为16．42 mg/g。

2．2 废水pH 对处理效果的影响

按照1．3．3 实验方法，生物质粒径＜0．2 mm，投加量为28 g/L，处理时间为3 h，反应温度为20℃，考察不同pH 对处理效果的影响，结果如图3 所示。

由图3 可知，pH 对餐饮废水处理效果影响显著，处理效果随着pH 增加而降低。pH 为4 时，水葫芦、柚子皮处理效果最优，COD 去除率分别达到了65．49%和54．77%，油脂的吸附量分别为15．56mg/g 和7．77 mg/g; 而pH 为2 时，木屑和核桃壳处理效果最优。柚子皮和水葫芦的纤维素含量高于木屑和核桃壳，pH 为2，酸性较强时，可能一部分有机物浸溶到废水中，贡献了COD，使去除率降低。总体来看酸性条件更有利于处理，在此条件下有机化合物和油脂表面带负电荷，而生物质材料表面带正电荷，产生静电吸附，而pH 太大，降低处理效果。

2．3 生物质投加量对处理效果的影响

按照1．3．3 实验方法，生物质粒径＜0．2 mm，废水pH 为3，处理时间为3 h，反应温度为20℃，考察不同投加量对处理效果的影响，结果如图4 所示。

由图4 可知，COD 去除率随投加量增加而提高。当柚子皮和水葫芦投加量为20 g/L 时，COD 去除率变化较小，而木屑与核桃壳投加量为28 g/L时，趋于稳定。由于投加量增加，处理过程中吸附点位数量增加，有机物和油脂与材料位点接触几率提高，处理表面积增大。由于投加量大，总吸附点未达到饱和，导致单位生物质油脂吸附量降低。

2．4 反应温度对处理效果的影响

按照1．3．3 实验方法，生物质粒径＜0．2 mm，生物质投加量为28 g/L，废水pH 为3，处理时间为3 h，考察不同温度对处理效果的影响，结果如图5 所示。

由图5 可知，温度对处理效果的影响较小，随着温度的升高，COD 去除率和油脂吸附量逐渐降低，但变化较小。温度在20～40℃范围内，生物质材料对COD 的去除率变化在6%～8% 之间; 由图5(b) 可知，随温度变化，每种生物质油脂吸附量变化不超过3 mg/g。温度升高，油脂吸附量逐渐降低，表明油脂在生物质材料上的吸附是放热反应，低温有利于吸附，餐饮废水在室温下即可处理，不需特意升高温度。

2．5 反应时间对处理效果的影响

按照1．3．3 实验方法，生物质粒径＜0．2 mm，投加量为28 g/L，废水pH 为3，反应温度为20℃，考察处理时间对处理效果的影响，结果如图6 所示。

由图6 可知，生物质材料对餐饮废水的处理效果随着时间的延长而逐渐显著，并趋于稳定。由图6(a) 可知，对于COD 去除率，水葫芦、柚子皮处理2h 后趋于平衡，而木屑、核桃壳处理2．5 h 后达到了平衡; 水葫芦、柚子皮、木屑达到平衡后处理效果均有不同程度的下降。由图6(b) 可知，水葫芦和柚子皮在2 h 内油脂的吸附量达到平衡，而水葫芦对废水中的油的吸附效果明显，呈直线上升趋势，而其他3 种生物质吸附效果变化缓慢。水葫芦的快速吸附表明油脂分子在水葫芦表面快速扩散，固液两相接触面积大，有利于油脂分子向水葫芦表面活性位点的扩散。

2．6 4 种材料处理效果差异分析

比表面积的大小会影响吸附材料的处理效果，材料的微孔的含量越多、比表面积越大，材料的吸附量越大。各处理材料比表面积的大小关系为: 水葫芦＞木屑＞柚子皮＞核桃壳。另外从孔径分布来看，核桃壳表面结构呈块状，固液接触面积较小，其吸附能力较弱。木屑结构呈片状，孔隙结构以大孔为主，而中孔和微孔吸附性能较好，所以木屑的孔径大小分布不合理，吸附能力较弱。柚子皮结构呈蜂窝状，有大量的孔洞，孔径大小分布均匀有序，具有很大的表面积，吸附能力强。水葫芦结构呈管状，孔隙结构发达、孔径大小分布合理，与餐饮废水的接触面积较大大，处理效果明显。