固定化海底污泥處理活性染料印染廢水的研究

丁 健，湯佳鵬，駱倩倩

（1.南通化學環境監測站有限公司，江蘇 南通 226011；2.南通大學航海醫學研究所，江蘇 南通 226019）

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點，目前在染料工業中廣泛應用[1]。然而，含活性染料的廢水成分復雜，可生化性差，鹽度、COD（化學需氧量）、氨氮及色度高，因而污染嚴重，治理困難[2]。長期以來，國內外學者對印染廢水的治理技術尤其是脫色技術展開了大量的研究，其大多利用微生物處理活性染料廢水[3-7]。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60 m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。

培養液：牛肉膏5 g，蛋白胨10 g，NaCl 10 g，純水定容至1 000 mL，pH調節后保持在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50～300 mg/L，葡萄糖的濃度為400 mg/L，其他微量元素的組成如下：（NH4）2SO4100 mg/L，Na2CO3100 mg/L，CaCl225 mg/L，KCl 25 mg/L，CaHPO425 mg/L，MgSO425 mg/L，尿素25 mg/L。

實際印染廢水：試驗用水取自南通某印染企業廢水接收池，系各種染料廢水的混合廢水，以活性染料為主，顏色很深，其水質情況如下：pH為6～8，COD為6 352±239 mg/L，氨氮為58.7±3.3 mg/L；色度為20 000倍。

1.3 活性污泥的馴化和固定化

取1 000 mL的培養瓶作為活性污泥培養容器，放入20±1 g聚氨酯生物海綿填料（1 cm×1 cm×1 cm）。取200 mL污泥、100 mL培養液、400 mL蒸餾水置于培養瓶中，進行曝氣馴化，2 d后開始進實際印染廢水。馴化過程中，每4 d進一次實際印染廢水。進水COD終濃度分別控制為50 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L、300 mg/L、350 mg/L、400 mg/L，進行曝氣馴化，逐步培養適合降解印染廢水的優勢微生物。每周停止曝氣2 h，去除沉降物。在培養過程中，密切觀察活性污泥附著和生長狀況，如發現沉降比過大（超過30%）時，應暫停進水，并加入適當蒸餾水以降低培養器中染料、COD濃度，待恢復正常后繼續進水。大約經過30 d的馴化，污泥性狀穩定，外觀為淺褐色，沉降性能好，通常可以認為活性污泥基本培養馴化成熟，初步達到穩定運行的條件。

1.4 模擬印染廢水的靜態處理方法

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

1.5 實際印染廢水的動態處理裝置和方法

實際印染廢水的動態處理裝置為一個透明容器，如圖1所示，其中柱高為70 cm，直徑為6 cm，體積為2 L，固定化活性污泥聚氨酯生物海綿填料1 L，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，采用連續操作。

圖1 實際印染廢水動態處理裝置

填料裝填好后，將實際印染廢水稀釋一定倍數后進水，稀釋率為0.02～2.00 h-1。通氣比為1.0 m3/（m3·min）。室溫下運行7 d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10 000 r/min，10 min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 結果與討論

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

分別配制含有50 mg/L活性染料的四種模擬印染廢水，采用靜態處理法處理24 h，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12 h內，各指標增加較快，12 h后逐漸趨于平緩。處理24 h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%。

圖2 固定化活性污泥對四種活性染料處理的進程

2.2 四種活性染料濃度對模擬印染廢水靜態處理脫色率、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，導致廢水中污染物濃度的波動，使得處理效果不佳[8]。因此，采用50～300 mg/L活性染料濃度檢驗了該固定化活性污泥的抗濃度擾動能力，結果如圖3所示。

圖3 染料濃度對模擬印染廢水靜態處理的影響

由圖3可知，在靜態處理下，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。基于上述理由，建議待處理的染料廢水濃度應該不超過200 mg/L。

2.3 進水稀釋倍數對實際印染廢水動態處理的影響

在實際染色過程中，需加入大量中性電解質進行促染，染液中存在30%～40%的水解產物，使得活性染料的印染廢水成分復雜，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，采用不同稀釋倍數的實際印染廢水以0.05 h-1稀釋率進水進行固定化活性污泥動態處理，檢驗動態處理效果，結果如圖4所示。

圖4 實際印染廢水稀釋度對固定化活性污泥動態處理效果的影響

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的增大，色度清除率和COD去除率逐漸增高。當稀釋20倍時，COD清除率達到最高，為94.33%。稀釋倍數繼續增加，會引起活性污泥營養不足，導致COD去除率降低。另外，當稀釋倍數達到或超出50倍時，色度基本被清除。

2.4 稀釋率對實際印染廢水動態處理的影響

對于連續操作的固定化生化反應，稀釋率是一重要參數，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0.02～2.00 h-1稀釋率進水進行固定化活性污泥動態處理，檢驗動態處理效果，結果如圖5所示。

圖5 進水稀釋率對固定化活性污泥的動態處理效果的影響

由圖5可知，固定化活性污泥對印染廢水的動態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反應結果。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0.02 h-1時，色度降為0，COD降為5.12 mg/L，氨氮降為0.08 mg/L。但是稀釋率越小，設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 結論

本研究采用南海海底活性污泥，其經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0.02～2.00 h-1稀釋率進水進行固定化活性污泥動態處理。結果表明，在稀釋率為0.02 h-1時，色度降為0，COD降為5.12 mg/L，氨氮降為0.08 mg/L。利用海底活性污泥處理高鹽印染廢水，處理效果良好，該方法具有設備簡單、適應性強和處理效果好的顯著優點。