固定化微生物技術在印染廢水處理中的應用

李端林，盧徐節

（1.中國市政工程西北設計研究院有限公司武漢分院，湖北 武漢 430056；2.江漢大學 化學與環境工程學院，湖北 武漢 430056）

0 引言

紡織工業是我國傳統的支柱產業之一，其中印染業在紡織產業中占了較大的比重。印染行業所產生的印染廢水排放量約占工業廢水總排放量的1/10，據不完全統計，我國每年約有7.2×108m3印染廢水排入水域環境［1］，是當前主要水體污染源之一。

印染廢水中含有纖維原料夾帶物，以及加工過程中使用的漿料、油劑、染料和化學助劑等，具有生化需氧量高、色度深、堿性大、難生物降解、多變化的特點［2］。廢水中的染料成分，即使濃度低，排入水體中也會造成水體透光率和水體溶解氧降低，影響水中各種生物的生長，從而破壞水體純度和水生生物食物鏈，最終將導致水體生態系統的破壞。因此，研究和開發經濟、高效的印染廢水處理方法成為水污染控制工程研究領域的重點和熱點。

固定化微生物技術是將微生物固定在載體上，使其高密度并保持其生物活性功能，在適宜的條件下還可以增殖以滿足應用之需的生物技術［3-4］。該技術應用于廢水處理工藝，具有生物濃度易控制、耐毒能力強、菌種流失少、運行設備小等特點，有利于提高生物反應器內的微生物濃度和反應后的固液分離，縮短處理所需的時間。

1 實驗部分

1.1 固定化小球的制備

實驗采用交聯固定化的方法制備小球。將一定量的海藻酸鈉溶解，與馴化后活性污泥混合，攪拌均勻并用注射器滴入7.5%的CaCl2溶液中交聯固定化30 min，制備固定化小球，取出用0.85% 的 NaCl溶液沖洗干凈待用［5-6］。

1.2 反應裝置

實驗反應器的材料選用無機玻璃，直徑20 cm，高50 cm。其反應器裝置如圖1所示。

圖1 反應器裝置圖

1.3 分析方法

COD的測定采用重鉻酸鉀-分光光度法，色度的測量采用稀釋倍數法［7］。本實驗以活性艷紅X-3B染料制備的模擬印染廢水為研究對象，染料波長為535 nm。測定模擬印染廢水處理前后在波長535 nm處的吸光度，處理前的吸光度為A1，處理后的吸光度為 A2，則染料的脫色率［8］

2 結果與討論

2.1 海藻酸鈉濃度對小球成形的影響

不同的實驗配方對小球的成形有很大的影響，本實驗中影響小球成形效果的最大因素是水中海藻酸鈉的濃度。海藻酸鈉粉末遇水變濕，微粒的水合作用使其表面具有黏性。

實驗中控制活性污泥含量一定，選取幾種不同濃度的海藻酸鈉討論其對小球成形效果的影響（見表1）。

表1 海藻酸鈉濃度對小球成形效果的影響

從表1可知，當海藻酸鈉濃度較低時，小球難以成形，漂浮且易裂開；當海藻酸鈉濃度過高時，小球拖尾現象比較嚴重。本實驗中采用3.5%的海藻酸鈉制備固定化小球，其成形效果較好。

實際印染廢水成分具有復雜性、多樣性和水質不穩定性的特點，所以保持固定化小球的強度是固定化微生物處理廢水的關鍵。通過測定固定化小球的強度，可以間接地反映固定化小球承受水壓的情況和固定化小球的穩定性。

實驗選擇海藻酸鈉濃度分別是1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%，對6種不同濃度下制備的固定化小球進行實驗研究。實驗結果發現，海藻酸鈉的濃度對固定化小球的強度具有一定的影響。由圖2可知，小球強度隨海藻酸鈉濃度的增大而增強。

圖2 海藻酸鈉濃度對固定化小球強度的影響

2.2 廢水pH值對處理效果的影響

實驗采用人工模擬印染廢水，進水COD濃度500 mg/L、色度2500倍，同時通過調節印染廢水的進水pH值為5、6、7、8、9、10，在不同pH值條件下進行印染廢水處理。實驗運行24 h后，分別測定出水COD和色度去除率，實驗結果如圖3所示。

圖3 pH值對印染廢水處理效果的影響

由圖3可知，當pH值小于7時，COD和色度去除率隨著pH值的升高而增大；當pH值等于7時，COD和色度去除率均達到最大值；當pH值大于7時，COD和色度去除率隨著pH值的升高而降低。固定化微生物技術對印染廢水處理的最佳pH條件為7，此時COD和色度去除率分別為84.96%和75.20%。

2.3 進水濃度對處理效果的影響

實驗采用人工模擬印染廢水，進水的色度2500倍，pH值為7，進行不同進水COD條件下的固定化微生物技術處理，實驗進行24 h后，分別測定出水COD和色度去除率，實驗結果如圖4所示。

圖4 進水濃度對印染廢水處理效果的影響

由圖4可知，在不同的進水條件下固定化微生物技術COD和色度去除率都隨著進水濃度的增大而降低，印染廢水COD和色度去除率最高時的進水濃度為300 mg/L，此時COD去除率和色度去除率分別為94.96%和78.90%。

2.4 停留時間對處理效果的影響

實驗采用人工模擬印染廢水，進水色度2500倍，pH值為7，考察停留時間（HRT）對印染廢水處理效果的影響。實驗運行2、4、8、16、24、32、48 h后，分別測定出水COD和色度去除率，實驗結果如圖5所示。

圖5 停留時間對印染廢水處理效果的影響

由圖5可知，當停留時間小于16 h時，COD和色度去除率隨停留時間的增加而升高；當停留時間等于16 h時，COD和色度去除率達到最高；當停留時間大于16 h時，COD和色度去除率隨著停留時間的增加而降低。固定化微生物技術對印染廢水的處理最佳停留時間為16 h，此時COD和色度去除率分別為86.96%和78.10%。

3 結論

本文通過交聯法制備的固定化小球對印染廢水進行處理。通過實驗研究得出以下結論：

1）固定化小球在制備過程中，需要添加適當的添加劑來改善小球的成形效果。實驗中添加海藻酸鈉的含量為3.5%時，固定化小球的成形效果最好。

2）通過對小球的物理性能進行測試研究，固定化小球的強度隨海藻酸鈉濃度的增大而增大。

3）固定化微生物技術對印染廢水處理的最佳實驗條件為：pH值7，進水濃度300 mg/L，停留時間16 h，此時對COD的去除率達90%以上，對色度的去除率達70%以上，出水水質達到《紡織染整工業水污染排放標準》（GB4287-92）II級標準。

［1］鄒家慶.工業廢水處理技術［M］.北京：化學工業出版社，2003.

［2］王俊峰，趙英武，毛燕芳.我國印染廢水處理概況及研究進展［J］.中國環保產業，2012（4）：30-33.

［3］戴昕.微生物固定化技術的研究及其在生物脫氮方面的應用［D］.南京：南京理工大學，2007：17-25.

［4］李亞峰，姚敬博，郝瀅，等.投加聚氨酯泡沫微生物固定化載體的SBBR脫氮除磷實驗研究［J］.環境工程學報，2011，5（1）：38-42.

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［6］Karthikeyan S，Titus A，Gnanamani A，et al.Treatment of textile wastewater by homogeneous and heterogeneous Fenton oxidation processes［J］.Desalination，2011，281：438-445.

［7］國家環境保護總局《水和廢水監測分析方法》編委會.水和廢水監測分析方法［M］.4版.北京：中國環境科學出版社，2002：210-213.

［8］李浩然，馮雅麗，歐陽藩，等.深海錳結核作生物固定化載體處理染料廢水［J］.北京科技大學學報，2002，24（1）：11-14.