微生物與亞鐵共沉對印染廢水的脫色效果

鄒海燕，袁夢仙，羅志華

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微生物與亞鐵共沉對印染廢水的脫色效果

鄒海燕，袁夢仙，羅志華

（江西農(nóng)業(yè)大學 國土資源與環(huán)境學院，江西 南昌 330045）

為增加亞鐵對染料廢水的脫色率和減少相應(yīng)的污泥處理費用，提出加入微生物與亞鐵共沉處理印染廢水?，F(xiàn)利用微生物和亞鐵離子共沉處理X3-B紅活性染料人工配制廢水，研究其脫色效果和具體反應(yīng)條件。結(jié)果表明：（1）微生物能明顯提高亞鐵的脫色率。（2）pH值為9、微生物質(zhì)量濃度為400 mg/L、染料質(zhì)量濃度為8 mg/L條件下，亞鐵離子質(zhì)量濃度在10~180 mg/L，隨亞鐵離子濃度升高，脫色率從-32.86%升至85.51%。（3）pH值為9、微生物質(zhì)量濃度為400 mg/L、亞鐵離子質(zhì)量濃度為180 mg/L條件下，染料質(zhì)量濃度0~36 mg/L時，脫色率隨染料濃度的增加而增加，從72.68%升至97.88%。研究結(jié)果有望為開發(fā)印染廢水的脫色處理技術(shù)提供理論參考。

微生物；亞鐵；印染廢水；脫色率

印染廢水成分復雜、有機物濃度高、色度深、難降解物質(zhì)多。進入水環(huán)境會影響水體日光的透射，不利于水生物的生長。印染廢水大部分偏堿性，進入農(nóng)田，會使土地鹽堿化；其中的硫酸鹽在土壤的還原條件下可轉(zhuǎn)化為硫化物，產(chǎn)生硫化氫，對土壤生物有毒害作用。對不同營養(yǎng)層次的生物都有一定的毒性[1]。有研究表明，偶氮染料廢水污染灌溉水可導致水稻產(chǎn)量下降[2]。

化學凝聚法是目前常用的一種有效且實惠的脫色方法。硫酸亞鐵是處理以活性染料為主的高堿性印染廢水的最佳混凝劑[3]。工程實踐和研究都表明亞鐵離子和石灰一起共沉對活性染料的脫色處理效果好，但是加入石灰產(chǎn)生的污泥量比較多，需要適當增加對污泥脫水的處理能力，污泥的處理費用增加[4-5]。印染廢水的污泥是危險廢物，這進一步增加處理的難度和費用。

微生物絮凝劑對印染廢水具有絮凝脫色效果[6-8]。現(xiàn)提出微生物絮凝和亞鐵共沉處理印染廢水。這個方法可以減少石灰的用量和相應(yīng)的污泥處理費用。所用微生物在工程中本來是作為剩余污泥排放并需要處理處置的，能廢物利用，且?guī)缀醪辉黾庸こ藤M用。

為了探索印染廢水處理脫色方法，本研究應(yīng)用印染企業(yè)廢水生化處理工程中的微生物與亞鐵共沉淀辦法，針對X3-B紅活性染料進行定量脫色效率分析，以期為開發(fā)印染廢水處理技術(shù)，進一步降低印染廢水對印染企業(yè)周邊區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的風險。

1 材料與方法

以X-3B紅活性染料溶于水，配制成不同梯度濃度，模擬不同污染程度的印染廢水。微生物絮凝和亞鐵共沉處理X-3B紅活性染料模擬印染廢水，研究其脫色效果。

1.1 試驗材料與方法

主要藥劑有氫氧化鈉、七水合硫酸亞鐵、X-3B紅活性染料，均為分析純。

微生物取自印染廢水活性污泥法生化反應(yīng)處理工程，內(nèi)含廢水生化處理系統(tǒng)中典型的豐富的細菌、真菌、原生動物和后生動物。其中占優(yōu)勢的多種細菌和微生物，具有促微生物本身絮凝體形成的功能，如屬于動膠屬的生枝動膠菌、蠟狀芽孢桿菌、黃桿菌屬、放線形諾卡氏菌、中間埃希氏菌、假單胞菌屬、酵母菌及其原生動物，能分泌出具有粘著性的膠體物質(zhì)，不僅使細菌互相粘接形成菌膠團，并對微小顆粒及其可溶性有機物也有吸附與粘接作用。

染料濃度采用分光光度法測試，儀器采用722可見分光光度計。

1.2 試驗設(shè)計

為了探明微生物與亞鐵共沉對印染廢水的脫色效果，設(shè)計以下試驗：

X-3B紅活性染料吸收波長與吸光度標準曲線：以722可見分光光度計的不同波長，分別檢測X-3B紅活性染料最大吸收波長，明確吸收峰并計算染料濃度與吸光度相關(guān)性的標準曲線。

簡單正交試驗，初步確定投加微生物、亞鐵、堿不同實驗變量對不同濃度X-3B紅活性染料脫色率的影響。實驗條件如表1。微生物投加足夠的量，因為考慮實際工程中是在企業(yè)就地利用廢物，幾乎不需要成本，根據(jù)工程經(jīng)驗，取400 mg/L。亞鐵做濃度變化的定性影響，所以設(shè)兩個不同濃度。根據(jù)文獻，pH值越高，去除效率越高。但是pH太高，堿耗量大，反應(yīng)完后再中和回調(diào)pH耗酸量大，這樣會極大地增加成本，并且會帶入大量的鹽污染，所以不應(yīng)取過高。另外pH為9時能保持微生物的活性和絮凝共沉能力，所以實驗條件確定pH為9。

根據(jù)正交試驗得出的結(jié)果，進一步設(shè)計兩組定量試驗：①染料為8 mg/L，pH值為9，微生物為400 mg/L，以亞鐵離子含量為變量。②亞鐵離子為180 mg/L，pH值為9，微生物400 mg/L，以染料濃度為變量。

通過以上試驗，可以初步明確X-3B紅活性染料吸收波長與吸光度標準曲線；進一步通過正交實驗，明確改變某個變量后檢測對脫色率影響的變化趨勢；最后通過定量試驗，分別明確微生物與亞鐵共沉對印染廢水的脫色效果。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析和作圖用Excel進行。測定數(shù)據(jù)用Excel計算不同處理下應(yīng)用分光光度計檢測X-3B紅活性染料不同濃度下吸光度的標準曲線。脫色率等于染料去除量除以總質(zhì)量。根據(jù)各處理組測得吸光值，結(jié)合建立的不同X-3B紅活性染料下的吸光度標準曲線，用以下公式計算脫色率：

2 結(jié)果與分析

2.1 X-3B紅活性染料的吸收波長與標準曲線

經(jīng)系列檢測，明確X-3B紅活性染料的最大吸收波長為540 nm。

在540 nm波長處，1~16 mg/L內(nèi)，染料的吸光度與質(zhì)量濃度成正比，系列濃度的吸收光譜求得的標準曲線為=0.015 1+0.000 5；2=0.999 9。標準曲線的相關(guān)系數(shù)0.999 9，大于0.999 0。本底0.000 5，小于0.030。兩個指標都符合試驗標準檢測要求，所以可以用吸光光譜法分析X-3B紅活性染料濃度及其脫色效果。

2.2 不同處理正交實驗的脫色率

正交實驗得到脫色率如表1所示。

表1 正交實驗條件和結(jié)果

“+”為加，“-”為不加

從表1可以看出，1號樣即單獨投加40 mg/L亞鐵離子對染料，沒有去除效果，不能絮凝，并且吸光度反而增加，導致去除率為負值，可能由于亞鐵離子本身增色。由1、2號對比可知，在投加40 mg/L亞鐵的基礎(chǔ)上加400 mg/L微生物，能明顯改善脫色效果，去除率從-3.06%提高到11.29%。由2、3號對比可知，亞鐵離子在pH為9的堿性條件下更有利于脫色。由3、4號對比可知，染料濃度提高，脫色率上升。有3、5號對比可知，亞鐵離子濃度提高，脫色率提高。

2.3 不同亞鐵離子濃度下的脫色率

微生物為8 mg/L，pH值為9，微生物400 mg/L，亞鐵離子濃度為變量，結(jié)果如圖1。

由圖1可看出，當亞鐵離子在10 mg/L時，去除率為-36.82%，推測是因為亞鐵離子濃度太低，沒有產(chǎn)生明顯的絮狀體且不能與微生物共沉而導致處理后的水色度濁度變高。在亞鐵離子質(zhì)量濃度在10~180 mg/L，隨著亞鐵離子濃度的增加脫色效果越好。推測隨著亞鐵離子的絮凝作用而脫色，當亞鐵離子濃度越高，絮凝作用越強，從而脫色效果越好。脫色率從-32.68%升至85.51%。但是，當亞鐵離子質(zhì)量濃度達到180 mg/L之后，溶液呈現(xiàn)無色，基本都一樣。推測是因為染料濃度比較低，色度基本被去除，再繼續(xù)加亞鐵離子已經(jīng)無效。并且肉眼觀察到的現(xiàn)象跟分光光度計測得的結(jié)果基本一致：前面是黃色越來也淺，后面是無色。當亞鐵離子質(zhì)量濃度在180 mg/L以上時，脫色率有所下降。可能是因為亞鐵離子游離出來，本身的顏色增加了一點吸光度。

2.4 不同染料濃度下的脫色率

取亞鐵離子質(zhì)量濃度為180 mg/L，pH值為9，污泥質(zhì)量濃度為400 mg/L。染料濃度為變量的試驗，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，染料質(zhì)量濃度為4~36 mg/L，隨著染料質(zhì)量濃度的增大脫色效果越來越好，這是因為亞鐵離子量足夠，染料的量去除越多，脫色率越高。染料質(zhì)量濃度為40~400 mg/L時，脫色效果沒什么變化。推測是因為凈化后的溶液呈現(xiàn)黃色，且越來越黃。雖然分光光度計上的吸光度越來越高，但是那時候所用的波長并不能準確的反映濃度。

圖1 不同亞鐵濃度下的脫色率

圖2 不同濃度染料去除率

3 結(jié)論與討論

此研究結(jié)果表明：（1）微生物能明顯提高亞鐵的脫色率。在投加40 mg/L亞鐵的基礎(chǔ)上加400 mg/L微生物，處理8 mg/L X-3B紅活性染料配置的印染廢水，去除率可以從-3.06%提高到11.29%。（2）在pH值為9且微生物質(zhì)量濃度為400 mg/L的條件下，染料廢水在不同亞鐵離子濃度下脫色效果不同。在染料濃度為8 mg/L時，亞鐵離子質(zhì)量濃度在10~180 mg/L內(nèi)，隨亞鐵隨離子濃度升高，顏色黃色，且越來越淡；脫色率上升，從-32.86%升至85.51%；亞鐵離子質(zhì)量濃度大于180 mg/L以上時，脫色率在66.47%~83.03%波動。（3）在pH值為9、活性污泥濃度為400 mg/L、亞鐵離子質(zhì)量濃度為180 mg/L條件下，染料濃度不同時其脫色效果不同，其中在染料濃度小于36 mg/L時脫色效率隨濃度的增加而增加，脫色率從72.68%升至97.88%。當染料濃度大于36 mg/L時，脫色率基本不變。

在本實驗中，依據(jù)722可見分光光度計對系列濃度的X-3B紅活性染料檢測，明確了檢測吸收峰與標準曲線，并通過正交實驗明確了微生物和亞鐵對印染廢水有脫色效果。在定量實驗中，每次只是控制一個變量來確定另一個的質(zhì)量濃度對脫色效果的影響，建議進一步地深入研究可以系統(tǒng)考慮染料的濃度、微生物投加量、亞鐵投加量三要素之間變化關(guān)系上做更詳實的正交試驗。

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Decolorization Effects of Microbes and Ferrous Iron on Dyeing Wastewater

ZOU Hai-yan, YUAN Meng-xian, LUO Zhi-hua

(School of Land Resource and Environment, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China)

In order to increase the decolorization rate of dyeing wastewater under the effect of ferrous iron, and accordingly reduce the sludge treatment cost, it was proposed to adopt coprecipitation treatment by using microbes and ferrous iron to deal with dyeing wastewater. Such treatment was used to study the decolorization effect and specific reaction conditions in artificial X3-B red active dyeing wastewater. The results showed that: (1) microbes addition could obviously improve the decolorization rate of ferrous iron; (2) under the condition that pH value was 9, microbial concentration 400 mg/L, dye concentration 8 mg/L, and ferrous iron concentration within the range of 10-180 mg/L, the decolorization rate rose from -32.86% to 85.51% with the increase in ferrous iron concentration; (3) under the condition that pH value was 9, microbial concentration 400 mg/L, ferrous iron concentration 180 mg/L, and dye concentration 0-36 mg/L, the decolorization rate increased with the addition of dye concentration, rising from 72.68% to 97.88%. The current results are expected to provide a theoretical reference for the development of decolorization treatment technology for printing and dyeing wastewater.

microbes; ferrous iron; dyeing wastewater; decolorization rate

X703

A

2095-3704（2018）04-0322-04

10.3969/j.issn.2095-3704.2018.04.68

2018-11-02

2018-12-03

江西省自然科學基金項目（2008JQN0023）

鄒海燕（1976—），女，講師，主要從事水處理技術(shù)研究，16725766@qq.com。

鄒海燕, 袁夢仙, 羅志華. 微生物與亞鐵共沉對印染廢水的脫色效果[J]. 生物災害科學, 2018, 41(4): 322-325.