固定化海底污泥處理活性染料印染廢水

活性染料是指分子中含活性基團的水溶性染料，其具有色澤鮮艷、色譜齊全、成本低、染色工藝簡便、染成品耐洗牢度和耐摩擦牢度高等優(yōu)點，目前在染料工業(yè)中廣泛應(yīng)用。然而，含活性染料的廢水成分復(fù)雜，可生化性差，鹽度、COD（化學(xué)需氧量）、氨氮及色度高，因而污染嚴(yán)重，治理困難。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者對印染廢水的治理技術(shù)尤其是脫色技術(shù)展開了大量的研究，其大多利用微生物處理活性染料廢水。本文利用海洋污泥馴化和固定化來處理模擬和實際的活性染料廢水，探討了處理條件對活性污泥處理效果的影響規(guī)律。

1、試驗部分

1.1 試驗儀器

UV-2450紫外可見分光光度計；高速臺式離心機5427R；HYG-A全溫搖瓶柜等。

1.2 試驗材料

本試驗的海底活性污泥取自中國南海海域海底60m處。染料：活性嫩黃X-7G，活性艷藍KN-R，活性黃KD-3G，活性黑KN-B。

培養(yǎng)液：牛肉膏5g，蛋白胨10g，NaCl10g，純水定容至1000mL，pH調(diào)節(jié)后保持在7.0～7.2。

模擬印染廢水：試驗廢水由活性染料、葡萄糖及其他微量元素配制而成。活性染料的濃度為50～300mg/L，葡萄糖的濃度為400mg/L，其他微量元素的組成如下：（NH4）2SO4100mg/L，Na2CO3100mg/L，CaCl225mg/L，KCl25mg/L，CaHPO425mg/L，MgSO425mg/L，尿素25mg/L。

實際印染廢水：試驗用水取自南通某印染企業(yè)廢水接收池，系各種染料廢水的混合廢水，以活性染料為主，顏色很深，其水質(zhì)情況如下：pH為6～8，COD為6352±239mg/L，氨氮為58.7±3.3mg/L；色度為20000倍。

1.3 活性污泥的馴化和固定化

取1000mL的培養(yǎng)瓶作為活性污泥培養(yǎng)容器，放入20±1g聚氨酯生物海綿填料（1cm×1cm×1cm）。取200mL污泥、100mL培養(yǎng)液、400mL蒸餾水置于培養(yǎng)瓶中，進行曝氣馴化，2d后開始進實際印染廢水。馴化過程中，每4d進一次實際印染廢水。進水COD終濃度分別控制為50mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L、350mg/L、400mg/L，進行曝氣馴化，逐步培養(yǎng)適合降解印染廢水的優(yōu)勢微生物。每周停止曝氣2h，去除沉降物。在培養(yǎng)過程中，密切觀察活性污泥附著和生長狀況，如發(fā)現(xiàn)沉降比過大（超過30%）時，應(yīng)暫停進水，并加入適當(dāng)蒸餾水以降低培養(yǎng)器中染料、COD濃度，待恢復(fù)正常后繼續(xù)進水。大約經(jīng)過30d的馴化，污泥性狀穩(wěn)定，外觀為淺褐色，沉降性能好，通?？梢哉J(rèn)為活性污泥基本培養(yǎng)馴化成熟，初步達到穩(wěn)定運行的條件。

1.4 模擬印染廢水的靜態(tài)處理方法

取500mL的三角瓶作為模擬印染廢水的處理容器，放入1g固定化活性污泥聚氨酯生物海綿填料。將100mL模擬印染廢水置于容器中，在25℃下，以150r/min進行震蕩處理。

1.5 實際印染廢水的動態(tài)處理裝置和方法

實際印染廢水的動態(tài)處理裝置為一個透明容器，如圖1所示，其中柱高為70cm，直徑為6cm，體積為2L，固定化活性污泥聚氨酯生物海綿填料1L，進水方式采用順流式，即上部進水、底部出水的方法，底部進氣，采用連續(xù)操作。

填料裝填好后，將實際印染廢水稀釋一定倍數(shù)后進水，稀釋率為0.02～2.00h-1。通氣比為1.0m3/（m3?min）。室溫下運行7d后采集出水口樣品進行分析。

1.6 COD、色度、氨氮及脫色率分析方法

COD采用《高氯廢水化學(xué)需氧量的測定碘化鉀堿性高錳酸鉀法》（HJ132-2003）進行測定。色度采用稀釋倍數(shù)法測定。氨氮濃度采用納氏分光光度法來測定。

在模擬廢水處理過程中，取一定量的模擬廢水，經(jīng)10000r/min，10min離心后，取上層清液，進行分析。脫色率的測定采用分光光度計法。利用紫外可見分光光度計測出活性染料的最大吸收波長。測出上層清液在最大吸收波長處的吸光度Abs值，以脫色率表示菌株對染料的脫色能力：

式中，Abs_前為處理開始模擬廢水的吸光度；Abs_后為處理后模擬廢水的吸光度。

2、結(jié)果與討論

2.1 四種活性染料對模擬印染廢水靜態(tài)處理脫色率、COD去除率和氨氮去除率的影響

分別配制含有50mg/L活性染料的四種模擬印染廢水，采用靜態(tài)處理法處理24h，處理效果隨時間的變化如圖2所示。

由圖2可知，脫色率、COD去除率和氨氮去除率隨處理時間的增加而逐漸增加，前12h內(nèi)，各指標(biāo)增加較快，12h后逐漸趨于平緩。處理24h后，固定化活性污泥對四種模擬印染廢水的脫色率均達到95%，COD去除率和氨氮去除率也達到95%。

2.2 四種活性染料濃度對模擬印染廢水靜態(tài)處理脫色率、COD去除率和氨氮去除率的影響

活性染料對微生物具有一定毒性，因此染料濃度對廢水處理效果的影響較大，許多微生物抗污染物沖擊的能力較弱，導(dǎo)致廢水中污染物濃度的波動，使得處理效果不佳。因此，采用50～300mg/L活性染料濃度檢驗了該固定化活性污泥的抗?jié)舛葦_動能力，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，在靜態(tài)處理下，不同濃度的四種染料的脫色率、COD去除率和氨氮去除率存在一定差異。這說明四種活性染料對固定化活性污泥的毒性差異較大。其中，該固定化活性污泥對活性嫩黃X-7G脫色具有一定的抗擾動能力；對活性黑KN-B的COD和氨氮去除率也具有較強的抗擾動能力。另外，該固定化活性污泥對活性黃KD-3G的脫色能力、活性艷藍KN-R的COD去除率和活性黃KD-3G的氨氮去除率抗擾動能力差?；谏鲜隼碛桑ㄗh待處理的染料廢水濃度應(yīng)該不超過200mg/L。

2.3 進水稀釋倍數(shù)對實際印染廢水動態(tài)處理的影響

在實際染色過程中，需加入大量中性電解質(zhì)進行促染，染液中存在30%～40%的水解產(chǎn)物，使得活性染料的印染廢水成分復(fù)雜，不可單純使用染料濃度來定義實際印染廢水的濃度用于后期處理。因此，采用不同稀釋倍數(shù)的實際印染廢水以0.05h-1稀釋率進水進行固定化活性污泥動態(tài)處理，檢驗動態(tài)處理效果，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，實際印染廢水濃度過高，會造成處理不完全，色度清除率和COD去除率均較低。隨著印染廢水稀釋倍數(shù)的增大，色度清除率和COD去除率逐漸增高。當(dāng)稀釋20倍時，COD清除率達到最高，為94.33%。稀釋倍數(shù)繼續(xù)增加，會引起活性污泥營養(yǎng)不足，導(dǎo)致COD去除率降低。另外，當(dāng)稀釋倍數(shù)達到或超出50倍時，色度基本被清除。

2.4 稀釋率對實際印染廢水動態(tài)處理的影響

對于連續(xù)操作的固定化生化反應(yīng)，稀釋率是一重要參數(shù)，反映出其對污水的處理能力。因此，采用稀釋20倍的實際印染廢水以0.02～2.00h-1稀釋率進水進行固定化活性污泥動態(tài)處理，檢驗動態(tài)處理效果，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，固定化活性污泥對印染廢水的動態(tài)處理效果隨稀釋率的增加而減弱，這符合固定化生物的連續(xù)反應(yīng)結(jié)果。稀釋率越小，則進水在固定化活性污泥中的相對停留時間越長，充分的反應(yīng)時間對污染物的降解是必要的。因此，稀釋率越小，處理效果越好。稀釋率為0.02h-1時，色度降為0，COD降為5.12mg/L，氨氮降為0.08mg/L。但是稀釋率越小，設(shè)備對污水的處理能力越低。因此，利用固定化活性污泥處理印染廢水的操作條件需要綜合考慮。

3、結(jié)論

本研究采用南海海底活性污泥，其經(jīng)馴化固定后可以用于活性染料印染廢水的處理。試驗期間，采用稀釋20倍的實際印染廢水以0.02～2.00h-1稀釋率進水進行固定化活性污泥動態(tài)處理。結(jié)果表明，在稀釋率為0.02h-1時，色度降為0，COD降為5.12mg/L，氨氮降為0.08mg/L。利用海底活性污泥處理高鹽印染廢水，處理效果良好，該方法具有設(shè)備簡單、適應(yīng)性強和處理效果好的顯著優(yōu)點。（來源：南通化學(xué)環(huán)境監(jiān)測站有限公司，南通大學(xué)航海醫(yī)學(xué)研究所）