鄒海燕，袁夢(mèng)仙，羅志華

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微生物與亞鐵共沉對(duì)印染廢水的脫色效果

鄒海燕，袁夢(mèng)仙，羅志華

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330045）

為增加亞鐵對(duì)染料廢水的脫色率和減少相應(yīng)的污泥處理費(fèi)用，提出加入微生物與亞鐵共沉處理印染廢水。現(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(shí)，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(fù)雜、有機(jī)物濃度高、色度深、難降解物質(zhì)多。進(jìn)入水環(huán)境會(huì)影響水體日光的透射，不利于水生物的生長(zhǎng)。印染廢水大部分偏堿性，進(jìn)入農(nóng)田，會(huì)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(duì)土壤生物有毒害作用。對(duì)不同營(yíng)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(dǎo)致水稻產(chǎn)量下降[2]。

化學(xué)凝聚法是目前常用的一種有效且實(shí)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(shí)踐和研究都表明亞鐵離子和石灰一起共沉對(duì)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(dāng)增加對(duì)污泥脫水的處理能力，污泥的處理費(fèi)用增加[4-5]。印染廢水的污泥是危險(xiǎn)廢物，這進(jìn)一步增加處理的難度和費(fèi)用。

微生物絮凝劑對(duì)印染廢水具有絮凝脫色效果[6-8]?，F(xiàn)提出微生物絮凝和亞鐵共沉處理印染廢水。這個(gè)方法可以減少石灰的用量和相應(yīng)的污泥處理費(fèi)用。所用微生物在工程中本來(lái)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(fèi)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(duì)X3-B紅活性染料進(jìn)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(jìn)一步降低印染廢水對(duì)印染企業(yè)周邊區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

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(yàn)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(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物。其中占優(yōu)勢(shì)的多種細(xì)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(dòng)膠屬的生枝動(dòng)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(dòng)物，能分泌出具有粘著性的膠體物質(zhì)，不僅使細(xì)菌互相粘接形成菌膠團(tuán)，并對(duì)微小顆粒及其可溶性有機(jī)物也有吸附與粘接作用。

染料濃度采用分光光度法測(cè)試，儀器采用722可見分光光度計(jì)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了探明微生物與亞鐵共沉對(duì)印染廢水的脫色效果，設(shè)計(jì)以下試驗(yàn)：

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

簡(jiǎn)單正交試驗(yàn)，初步確定投加微生物、亞鐵、堿不同實(shí)驗(yàn)變量對(duì)不同濃度X-3B紅活性染料脫色率的影響。實(shí)驗(yàn)條件如表1。微生物投加足夠的量，因?yàn)榭紤]實(shí)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(yàn)，取400 mg/L。亞鐵做濃度變化的定性影響，所以設(shè)兩個(gè)不同濃度。根據(jù)文獻(xiàn)，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(huì)極大地增加成本，并且會(huì)帶入大量的鹽污染，所以不應(yīng)取過(guò)高。另外pH為9時(shí)能保持微生物的活性和絮凝共沉能力，所以實(shí)驗(yàn)條件確定pH為9。

根據(jù)正交試驗(yàn)得出的結(jié)果，進(jìn)一步設(shè)計(jì)兩組定量試驗(yàn)：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(guò)以上試驗(yàn)，可以初步明確X-3B紅活性染料吸收波長(zhǎng)與吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線；進(jìn)一步通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)，明確改變某個(gè)變量后檢測(cè)對(duì)脫色率影響的變化趨勢(shì)；最后通過(guò)定量試驗(yàn)，分別明確微生物與亞鐵共沉對(duì)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(jìn)行。測(cè)定數(shù)據(jù)用Excel計(jì)算不同處理下應(yīng)用分光光度計(jì)檢測(cè)X-3B紅活性染料不同濃度下吸光度的標(biāo)準(zhǔn)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)曲線，用以下公式計(jì)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(zhǎng)與標(biāo)準(zhǔn)曲線

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

在540 nm波長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)曲線為=0.015 1+0.000 5；2=0.999 9。標(biāo)準(zhǔn)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(gè)指標(biāo)都符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)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(shí)驗(yàn)的脫色率

正交實(shí)驗(yàn)得到脫色率如表1所示。

表1 正交實(shí)驗(yàn)條件和結(jié)果

“+”為加，“-”為不加

從表1可以看出，1號(hào)樣即單獨(dú)投加40 mg/L亞鐵離子對(duì)染料，沒有去除效果，不能絮凝，并且吸光度反而增加，導(dǎo)致去除率為負(fù)值，可能由于亞鐵離子本身增色。由1、2號(hào)對(duì)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(hào)對(duì)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(hào)對(duì)比可知，染料濃度提高，脫色率上升。有3、5號(hào)對(duì)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(dāng)亞鐵離子在10 mg/L時(shí)，去除率為-36.82%，推測(cè)是因?yàn)閬嗚F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(dǎo)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(cè)隨著亞鐵離子的絮凝作用而脫色，當(dāng)亞鐵離子濃度越高，絮凝作用越強(qiáng)，從而脫色效果越好。脫色率從-32.68%升至85.51%。但是，當(dāng)亞鐵離子質(zhì)量濃度達(dá)到180 mg/L之后，溶液呈現(xiàn)無(wú)色，基本都一樣。推測(cè)是因?yàn)槿玖蠞舛缺容^低，色度基本被去除，再繼續(xù)加亞鐵離子已經(jīng)無(wú)效。并且肉眼觀察到的現(xiàn)象跟分光光度計(jì)測(cè)得的結(jié)果基本一致：前面是黃色越來(lái)也淺，后面是無(wú)色。當(dāng)亞鐵離子質(zhì)量濃度在180 mg/L以上時(shí)，脫色率有所下降?？赡苁且?yàn)閬嗚F離子游離出來(lái)，本身的顏色增加了一點(diǎn)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(yàn)，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(lái)越好，這是因?yàn)閬嗚F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(shí)，脫色效果沒什么變化。推測(cè)是因?yàn)閮艋蟮娜芤撼尸F(xiàn)黃色，且越來(lái)越黃。雖然分光光度計(jì)上的吸光度越來(lái)越高，但是那時(shí)候所用的波長(zhǎng)并不能準(zhǔn)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(shí)，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(lái)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(shí)，脫色率在66.47%~83.03%波動(dòng)。（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(shí)其脫色效果不同，其中在染料濃度小于36 mg/L時(shí)脫色效率隨濃度的增加而增加，脫色率從72.68%升至97.88%。當(dāng)染料濃度大于36 mg/L時(shí)，脫色率基本不變。

在本實(shí)驗(yàn)中，依據(jù)722可見分光光度計(jì)對(duì)系列濃度的X-3B紅活性染料檢測(cè)，明確了檢測(cè)吸收峰與標(biāo)準(zhǔn)曲線，并通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)明確了微生物和亞鐵對(duì)印染廢水有脫色效果。在定量實(shí)驗(yàn)中，每次只是控制一個(gè)變量來(lái)確定另一個(gè)的質(zhì)量濃度對(duì)脫色效果的影響，建議進(jìn)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(shí)的正交試驗(yàn)。

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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(xué)基金項(xiàng)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(mèng)仙, 羅志華. 微生物與亞鐵共沉對(duì)印染廢水的脫色效果[J]. 生物災(zāi)害科學(xué), 2018, 41(4): 322-325.