固定化微生物法處理活性染料印染廢水的研究

金 軍，劉 希 (南京工業大學環境學院，江蘇南京210009)

印染廢水水量大、水質復雜，是環境污染的主要污染源之一［1］。固定化微生物法是一種新興的生物工程方法，在廢水生物處理及含毒含難降解物質的特種廢水處理領域的應用研究已取得了令人矚目的成果。固定化技術具有以下特點:①固定化技術可將細胞或微生物的理論停留時間提高到趨近無窮大;②固定化技術純化和保持了高效菌種，顯著增加了參與降解反應的微生物量，污泥產量少，避免了污泥膨脹問題，固液相分離更為容易，并節省了常規的沉淀池甚至曝氣池，使得處理系統小型化;③載體的保護使微生物的穩定性增加;④固定化技術給增殖速度極慢的硝化菌提供了良好的生長條件，并使其保持較高濃度，大大提高了生物脫氮的速度和效率［2－8］。因此采用固定化微生物法處理有機物質繁多，色度深，堿度高的印染廢水是一種很好的選擇，具有研究意義。

1 試驗方法

1.1 微生物的馴化 取5 000 ml的培養瓶作為活性污泥培養容器。取1 000 ml污泥，500 ml初期營養液，2 000 ml蒸餾水置于培養瓶中，進行曝氣馴化，2 d后開始進廢水。馴化過程中，每2 d進一次水。進水濃度分別為40、100、160、220、280、340、400 mg/L，進行曝氣馴化，逐步培養適合于降解印染廢水的優勢微生物，在反應器中逐步建立微生物與基質之間穩定的平衡體系。一周后污泥量開始增加，并會發現出現部分污泥死亡的現象，一部分菌種由于不能適應較高有機負荷逐漸死亡，此時需要刮除該部分菌種，同時補充新鮮的污泥。在培養過程中，密切觀察污泥生長狀況，如發現沉降比過大(超過50%)時，應暫停進水，并加入適當蒸餾水以降低培養器中染料濃度，待恢復正常后繼續進水。大約經過15 d的馴化，污泥性狀穩定，外觀為淺褐色，沉降性能好，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。

1.2 微生物的固定化 該試驗采用物理吸附法作為固定化方法，選取活性炭作為載體［1，13－15］。反應器為一個透明容器(圖1)，其中柱高為70 cm，直徑為6 cm，體積為2 L，活性炭裝填體積為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，采用間歇操作。裝置中加過濾網是為了防止流量過大時菌體流失。

將活性炭填入反應柱，把已準備好的菌液分別對應接入裝有模擬水樣柱中靜態培養掛膜。待水樣色度去除后，進行通氣培養，并添加少量生長培養基，使固定在活性炭上的細菌增殖。每天換掉1/3上清液，待柱中活性炭上長出淺灰色生物膜后，以5 L/h的小流量通水樣，小氣量通氣。經5～7 d的動態培養，生物膜逐漸成熟，即可處理印染廢水。

2 試驗結果和分析

2.1 停留時間的影響 水利停留時間對工藝的處理效率有很大的影響，直接影響工藝的可行性。在處理效果達到標準的條件下，合理控制反應時間，對實際工程是很有意義的［9－10］。初始廢水濃度為 100 mg/L，曝氣量為 100 L/h。保持室溫，分別在曝氣時間為2、4、6、7、8、9、10、12、16、24 h 時取水樣，測定 COD、吸光度。測定結果見圖2。

從圖2可知，COD和色度的去除率隨停留時間的增加而逐漸增加，前12 h內，去除率增加較快，12 h后逐漸趨于平緩。當水利停留時間在12 h時，普通微生物法處理印染廢水的COD去除率達到80.2%，褪色率達到90.2%;固定化微生物法處理印染廢水的COD去除率達到88.9%，褪色率達到98%。從整個去除效果來看，在設備曝氣運行的各階段，固定化微生物法比普通微生物法對廢水的處理效果都要好，COD去除率普遍高7%左右，褪色率普遍高10%左右。這不排除活性炭對有機物有吸附效果，但同時也說明了固定化微生物法相比于普通曝氣法更加穩定，處理效果更好。

2.2 廢水濃度的影響 有機物濃度大小對反應器處理效果的影響較大，許多工藝抗污染物沖擊能力較脆弱，稍增大進水有機負荷就會使處理效果不理想。常溫，曝氣量為100 L/h，選擇不同進水濃度(100、200、300、400 mg/L)，連續曝氣12 h，取水樣測定COD與色度去除率。測定結果見圖3。

從圖3可知，COD去除率和廢水褪色率都隨著廢水濃度增加而降低，COD去除率下降要比褪色率下降得快。在廢水濃度為200 mg/L時，COD去除率達到86.4%，褪色率達到97.1%。當廢水濃度＜200 mg/L時，COD去除率變化不大;廢水濃度＞300 mg/L之后，COD去除率與進水濃度為200 mg/L相比，有明顯下降。這是因為當進水濃度較低時，有機負荷低，增大進水濃度時，由于處理裝置的特性，如裝置大小、微生物量以及微生物活性等因素，導致出水效果不好。綜合考慮，選擇進水濃度為200 mg/L。

3 結論和展望

該試驗對微生物進行培養和馴化，在溫度為25℃，pH為6～8，水力停留時間為12 h，進水濃度為200 mg/L時，模擬廢水COD的去除率可以達到86%，褪色率可達到97%。另外，該試驗模擬廢水比較單一，可嘗試多種染料混合廢水，更接近實際工程應用。

［1］蔣少軍.印染廢水處理探討［J］.染料工業，2002，39(4):39－42.

［2］張宏榮.固定化微生物對工業廢水處理［M］.山東:紡織工業出版社，1987:4－33.

［3］孫成.環境監測實驗［M］.北京:科學出版社，2003:131－156.

［4］張娥，盛玲玲.印染廢水處理系統中的主要細菌群體和功能［J］.環境科學，1988，10(2):20 －24.

［5］吳國慶，張琳，王增長，等.應用脫色菌處理印染廢水新工藝的初步研究［J］.太原工業大學學報，1990，21(4):17－24.

［6］沈玉如，閡一球.ZE－1號脫色菌株處理絲綢印染廢水試驗［J］.1983，8(4):8 －11.

［7］趙蔭薇，沈建，曾蘇.印染廢水脫色菌的選育及其生態特征的研究［J］.應用生態學報，1991，2(4):379 －382.

［8］曾麗漩，羅國維.優勢菌處理印染廢水中水解池的脫色機理［J］.中國環境科學，1998，18(5):423 －426.

［9］黃新姣，吳楚，林賢芳，等.染料脫色菌群的分離及對紅色偶氮染料的脫色研究［J］.江西學報，1999，17(4):220－224.

［10］童旭卿，王國慶.印染廢水的脫色方法［J］.廣東輕化，2004(2):62－66.

［11］蘇玉萍，奚旦立.活性染料印染廢水混凝脫色研究［J］.上海環境科學，1998，18(2):88 －90.

［12］陳文松，韋朝海.Feton氧化－混凝法處理印染廢水的研究［J］.工業水處理，2004，21(3):229 －232.

［13］杜桂榮，孫占學，黃克玲，等.氧化－混凝法處理含活性染料廢水的研究［J］.華東地質學院學報，2002，25(4):305 －307.

［14］甕亮，吳贊敏，李洪霞.印染廢水的處理方法及進展［J］.印染助劑，2005，22(11):7 －10.

［15］夏北成.環境污染物生物降解［M］.北京:化學工業出版社，2001:78－89.