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不同结构阳离子染料好氧生物脱色性能的研究 ＊ 刘正芹 奚旦立 东华大学, 上海 200051 李 悦 青岛大学, 山东 266071 摘要 采用好氧驯化活性污泥对 5种不同结构阳离子染料的生物脱色效果进行了动态观察, 并在不同醋酸浓度下对 脱色效果的影响进行了研究, 结果表明, 在好氧条件下, 活性污泥对阳离子染料的脱色率较高, 阳离子红 GTL 和阳离 子艳蓝 2RL 浓度为 20mg L 的脱色率分别达 93和 98; 提高污泥浓度对染料脱色率的影响不明显; 醋酸 200～ 1 200 mg L 和染料 20～ 100 mg L 浓度的改变对阳离子红 2GL、阳离子红 GTL、阳离子艳蓝 2RL、碱性绿染料的脱色率 影响不大, 揭示这几种结构阳离子染料的生物脱色是吸附和后续生物降解共同作用的结果; 而随醋酸浓度增加, 阳离 子红 6B的脱色率增加, 是与醋酸产生共代谢作用的结果。 关键词 阳离子染料 生物脱色 好氧处理 ＊青岛市科技局资助项目 02-1kj-shn -25 1 引言 染色废水除色度深和 CODCr浓度高外 ,多数残余 染料难降解,有的还具有生物毒性 。阳离子染料是一 种色泽浓艳的水溶性染料 ,主要用于腈纶的染色和印 花,含阳离子染料的废水若采用物化法处理 [ 1～ 2] , 不 仅处理成本高, 而且处理的残余物易造成二次污染。 而生物法是一种经济有效的处理方法, 但传统生物法 对某些难降解染料不能进行有效处理。因此 ,开展含 不同结构阳离子染料废水的好氧生物脱色性能研究, 对于指导阳离子染料的染色废水的生物处理具有重 要意义。 本研究采用好氧驯化污泥对几种常用阳离子染 料的好氧生物降解过程进行了系统的实验研究,观察 了污泥、 染料及其共代谢基质不同浓度对降解性能的 影响 , 探索阳离子染料染色废水生物处理的适宜 方法 。 2 材料和方法 2. 1 实验用阳离子染料 选用常用的 5 种不同结构的阳离子染料 [ 3] 阳离 子红 2GL ,二氮杂半菁类; 阳离子红 6B, 半菁类 ; 阳离 子红GTL ,隔离型偶氮类 ; 阳离子艳蓝 2RL, 二氮半菁 类; 碱性绿 ,三苯甲烷类。 2. 2 实验用水 采用模拟染色废水, 在试验开始时 ,反应器中一 次性投加染料, 保证混合液中染料浓度为 20、40、 60、 80 mg L, 试验进行过程中不再投加染料。为满足微 生物生命活动的需要 ,进水中加入尿素和磷酸二氢钾 调节 CODCr∶ N∶ P 100∶ 5∶ 1, 并添加适量微量元素 ,见 表1。 表 1 试验模拟废水组成和浓度 醋酸 染料 尿素 mgL- 1 KH2PO4 mgL- 1 FeCl36 H2O mgL- 1 NaHCO3 mgL- 1 MgSO47H2O mgL- 1 CaCl2 mgL- 1 适量 适量54223 . 668059 . 35 . 2 注 用3 NaOH溶液调节 pH 值至中性范围。 接种污泥采用驯化 60 d 余至成熟的活性污泥, 将驯化活性污泥用磷酸盐缓冲液离心洗涤 3 次制成 菌悬液,浓缩,备用。 2. 3 实验设施 恒温振荡培养箱 20 ℃,振荡速度 160 r min 。 反应器 采用 250 mL 锥形瓶, 以活性污泥和模 拟废水构成降解体系, 反应混合液总体积为 120 mL, 污泥浓度分别为3 000、 8 000 mg L ,调整至所需条件 。 醋酸及染料浓度对染料降解率的影响试验以 250 mL 锥形瓶作反应器, 以活性污泥和模拟染色废 水构成降解体系 ,反应混合液总体积为 120 mL ,污泥 浓度为3 000 mg L 。 3 实验与方法 3. 1 生物降解试验 250 mL 反应瓶中加入含染料 20 mg L ,不含醋酸 的模拟废水 ,采用不同污泥浓度, 观察以染料为唯一 碳源时的生物降解性能。 3. 2 醋酸对阳离子染料生物脱色性能的影响 腈纶染色时,阳离子染料一般用醋酸 60 [ 3] 溶 解调成糊状 ,然后加入 40～ 50 倍沸水使其溶解 ,并在 阳离子染料染浴中加入醋酸、醋酸钠作为缓冲剂, 致 24 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 使染色废水中含有大量的醋酸盐。为了观察醋酸对 阳离子染料生物脱色的影响, 取醋酸浓度为 200、 400、 800、 1 200 mg L ,染料浓度 20、 40、60、80、100 mg L 进 行实验 。反应周期为 24 h 恒温振荡反应 23 h ,静置 沉淀 0. 5～ 1 h ,分离上清液 ,取样测定吸光度。 以最大吸收波长处的吸光度表征水样的色度 [ 4] , 一般吸光度控制在 0. 2～ 0. 65, 使吸光度与染料浓度 相关性最好。 反应瓶静置 30 min, 取上清液离心 4 000 r min, 20 min ,测定离心后上清液的吸光度 ,计算各染料脱 色率 R ,作为衡量处理效果的指标。 4 结果与讨论 4. 1 好氧条件下各种阳离子染料生物脱色性能比较 试验分别进行 7～ 8 d,试验结果见表2。 表 2 阳离子染料的脱色变化 R 时间 d 2GL6BGTL2RL碱性绿 3 000 8 000 3 000 8 000 3 000 8 000 3 000 8 000 3 000 8 000 191 . 888 . 976 . 572 . 892. 489. 598. 297. 098. 497. 6 291 . 288 . 577 . 872 . 291. 888. 097. 896. 799. 098. 3 386 . 286 . 082 . 778 . 693. 188. 698. 197. 799. 098. 4 488 . 587 . 184 . 979 . 993. 288. 898. 097. 499. 097. 8 593 . 889 . 887 . 483 . 193. 687. 698. 397. 299. 197. 7 694 . 492 . 990 . 284 . 991. 688. 598. 697. 498. 997. 7 793 . 393 . 091 . 885 . 992. 590. 198. 597. 599. 098. 1 894 . 093 . 8 注 污泥浓度分别为3 000、8 000 mg L。 从表 2 可以看出 ,在好氧条件下 ,各种阳离子染 料脱色率均较高 ,浓度为 20 mg L 的阳离子红 2GL 在 污泥浓度3 000 mg L时 , 第 1d 脱色率达 92,随后第 2、 3d 染料脱色率有所下降, 随后脱色率又稳定增加, 可能是活性污泥对阳离子红 2GL 的吸附 、 解吸 、 降解 作用的结果; 阳离子 6B 随实验过程的进行, 染料脱色 率开始逐渐增加 , 第 7d 脱色率达到 92; 阳离子红 GTL 、 阳离子艳蓝 2RL 和碱性绿的脱色率一直在较高 水平波动, 分别达 93 、98 和 99, 说明驯化活性 污泥中有降解阳离子染料的菌种存在。 当污泥浓度达到一定浓度时, 污泥浓度的提高对 所实验的阳离子染料来说 , 并不能提高染料的脱色 率。污泥浓度由3 000 mg L增加到8 000 mg L时,各染 料脱色率略有降低, 差异并不明显 。 4. 2 醋酸对阳离子染料生物脱色性能的影响 醋酸对阳离子红 2GL 的生物脱色性能影响不 大,随阳离子红 2GL 浓度增加, 染料脱色率略有降 低; 在染料浓度不变的情况下 ,醋酸浓度增加 ,染料脱 色率略有提高, 脱色率范围在 91～ 93。醋酸浓 度对阳离子艳蓝 2RL 的影响亦呈现相似的趋势, 脱 色率变化范围为 98～ 99。在各 染料浓度为 40 mg L时, 不同醋酸浓度对不同结构阳离子染料生 物脱色的影响见表 3, GTL、碱性绿的脱色趋势与 2GL、 2RL 基本一致, 醋酸浓度提高 ,染料脱色率略有 提高, 其染料脱色率差别不明显,GTL 、碱性绿的脱色 率波动范围分别为 91～ 93、 98～ 99。但半菁 类的阳离子红6B 的脱色率随醋酸浓度的增加而显著 增加, 从 67增至 80, 说明醋酸的存在, 对染料产 生共代谢作用, 使其脱色率提高。 表 3 醋酸浓度对不同结构阳离子染料脱色性能的影响 醋酸浓度 mgL - 1 染料名称 2GL2RL6BGTL碱性绿 20091. 498. 167 . 091 . 598. 0 40091. 498. 369 . 691 . 599. 2 80091. 898. 573 . 791 . 898. 9 1 20092. 298. 680 . 192 . 799. 0 阳离子染料的发色体为正电荷 ,而活性污泥是栖 息着具有生命力的微生物群体的絮绒状混合物,具有 较大的比表面积 ,因此 , 活性污泥对阳离子染料有很 好的吸附作用。染料和活性污泥的生物吸附结果表 明, 除阳 离子染料 6B 外, 上述 5 种阳离 子染料 120 min的吸附脱色率均较高 。结合 4. 1、 4. 2的分析, 可以认为在好氧条件下, 这类阳离子染料生物脱色是 生物吸附、降解共同作用的结果。 5 结论 好氧条件下 ,驯化活性污泥对实验阳离子染料能 产生一定的降解作用 ,污泥浓度的增加对提高阳离子 染料的脱色率无明显影响 。 醋酸和染料浓度的增加对阳离子红 2GL 、阳离子 红GTL 、 阳离子艳蓝 2RL 、碱性绿的脱色率的影响不 明显 ,这几种结构阳离子染料的生物脱色是吸附和后 续生物降解共同作用的结果。由于吸附产生的含染 料污泥会造成二次污染, 需进一步探索这几类阳离子 染料的生物降解处理工艺 。 阳离子红6B 能与醋酸产生共代谢作用而随醋酸 浓度提高, 脱色率增加。 参考文献 1 许坤, 姜兆春, 贾智萍等. 粉末凹凸棒石对水溶性阳离子染料废水 的脱色研究. 环境化学,1998. 17 3 276～ 279. 25 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 2 陈润铭, 何炜光, 朱锡海等. 阳离子染料废水的脱色方法及其机理 的研究. 环境化学, 1994. 13 2 163～ 169. 3 上海市纺织工业局 染料应用手册 编写组. 染料应用手册 第四分 册阳离子染料 , 北京 纺织工业出版社, 1984 2～ 19, 51, 57, 99, 102, 141. 4 A. Mahdavi Talarposhti, T. Donnelly and G. K. Anderson. Colour removal from a simulated dye wastewater using a two-phase anaerobic packed bed reactor. Wat . Res. ,2001, 35 2 425～ 432. 作者通讯处 刘正芹 226071 青岛市香港东路 7 号 青岛大学纺 织系 E -mail lucyliuqdu 126. com 2004- 07-20 收稿 物化-生化组合工艺处理皂素废水 解清杰 吴晓晖 陆晓华 章北平 刘礼祥 华中科技大学环境科学与工程学院, 武汉 430074 摘要 皂素废水 CODCr高、pH 低、色度高以及可生化性差, 很难被常规生物处理系统降解。 本文介绍了采用物化生 化工艺处理皂素废水的工程实例。 在废水中的 CODCr、BOD5、色度、SS 分别为23 250 mg L、3 600 mg L、216 倍、260 mg L 的条件下, 经过处理后, 出水 CODCr、BOD5、色度、SS分别为 92mg L、20mg L、20倍、27mg L, 均可达到污水综合排放标 准中的一级标准, 废水中 CODCr、BOD5、色度、SS的平均去除率分别为 99. 6、99. 4、90. 7、90. 4。 关键词 皂素 废水处理 物化 生化 1 前言 皂素是一种具有独特生理活性的甾体类化合物, 广泛用于医疗和农业等领域 , 以它为原料可以合成 200余种价值较高的激素药物 [ 1] 。湖北某药业公司 郧西分公司是华中地区规模较大的皂素生产企业。 该厂以黄姜为原料, 每生产 1 t 皂素会产生废水约 700 t 。生产过程中产生的废水是酸性高浓度有机废 水,可生化性差 ,色度和 SO 2- 4浓度高, 温度高,且因生 产情况随市场供求变化而变化, 其排放的废水水质、 水量波动很大, 相应处理难度也较大。该公司所在地 郧西县属于南水北调中线工程的水源地 ,为了保障丹 江口水库的水质 ,该皂素生产废水必须达标排放。而 目前关于皂素废水处理文献多为实验室研究成 果 [ 2～4] ,未见有成功的工程实例报道 。本工程经过试 验、 分析、充分论证, 对于皂素废水确定了1 套物化 生化的组合处理工艺 。经工程调试 、 运行表明 ,该处 理系统运行效果好, 各项指标均达到国家污水综合排 放 GB8978-1996 一级标准。 2 设计水质 、 水量 该公司的皂素废水主要来自浸泡、发酵和洗酸阶 段。浸泡阶段废水主要污染物成份为泥沙,黄姜表皮 等大颗粒固体物质; 发酵阶段废水主要污染物成份为 淀粉 、 纤维素、 木质素 、 细小纤维和少量小分子有机物 质; 洗酸阶段废水主要污染物成份为硫酸、皂甙 , 糖 类、 淀粉及少量有机酸。该公司综合废水排放量为 120 m 3 d,水质情况见表 1。 表 1 设计水质与排放标准 项目 CODCr mg L- 1 BOD5 mgL- 1 色度 倍 SS mgL- 1 SO2- 4 mgL- 1 pH 温度 ℃ 监测水质 17 230～31 450 3 100～4 250 171～ 255 232～ 295 7450～14 1200. 5～ 1. 038～ 63 设计水质22 0003 600200260120000. 850 排放标准1003050706～ 940 该公司皂素生产废水的主要特点有可生化性差 BOD5 CODCr约为 0. 16; 温度高 综合废水最高温度达 63 ℃,冬季略低, 平均为 50 ℃; 污染负荷重 综合废 水的 CODCr平均值为 22 000 mg L ; 酸度高 pH 值低 至0. 8; 盐份高 SO 2- 4大量存在。 3 设计思路 针对以上所述的废水特性 ,皂素废水治理的难点 是如何提高废水的可生化性, 减少 SO 2- 4干扰,适应高 的污染负荷 。 由于皂素废水为有机废水 ,分析其可生化性差的 原因主要包括 一是废水中含有大量在发酵和水解阶 段产生的大分子有机物质, 要提高废水的可生化性, 26 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 STUDY ON NITROGEN REMOVAL BY TRICKLING FILTERHu Heping et al7 Abstract This paper experimentally studies the influence of different carbon sources methanol, glucose and sodium acetate at different temperatures and C N ratio on denitrificationin a trickling filter filled in porous honeycomb ceramic. The results show that carbon source has great effect on denitrifictation efficiency, that is, when methanol and glucose are serviced as carbon source, there will be no nitrite accumulation in the system. But there has been observation of obvious nitrite accumulationwhile sadium acetate selected as carbon source. And the maxiumum nitrite accumulation 20 of the initial nitrate -nitrogen has reachedwhile nitrate has run out. The result also illustrates that optimal temperature relates with carbon source and the denitrification efficiencies with the different carbon sources are quite well at 40 ℃. Keywords trickling filter, carbon source, C N ratio, temperature and denitrification RECOMBINED MUNICIPAL EFFLUENT ADVANCED TREATMENT PROCESS AND PROGRESS FORWASTEWATER REUSEDeng Yaojie et al 10 Abstract In this paper, the municipal effluent advanced treatment processes for water reuse are summarized. The traditional processes and their developments both at home and abroad are introduced. On the basis of these, the application of the combination and integration process between the membrane separation techniques and the municipal effluent advanced treatment s are mainly described. In addition, it is pointed out that the integration and combination of some advanced treatment techniques and their optimization have profound strategic significance for alleviating water resource shortage and implementating water resource sustainable use. Keywords municipal ffluent, advanced treatment and wastewater reuse ANALYSIS OF THE PRESENT STATUS OF REUSING MUNICIPAL WASTEWATER FOR INDUSTRYLiu Yiping et al 15 Abstract This article reviews the domestic and abroad status ofmunicipalwastewater reusing technologies for inustry, water quality standard for reusing, the processes of advanced treatment and benefit of sewage reusing, finally it also gives the suggestions on the future development. Keywords municipal wastewater, sewage reuse and treatment technique TREATMENT OFPHARMACEUTICAL WASTEWATER BYAIRFLOATATION -HYDROLYTIC ACIDIFICATION -AEROBIC PROCESSLi Xiangdong et al 17 Abstract Air floatation -hydrolytic acidification-aerobic process was used to treat pharamceutical wastewater, the running results showed that this process has simple operation and a high efficiency of treatment, the quality of effluent meets The Wastewater Discharge Standard GB8978- 1996 . Keywords pharmaceuticalwastewater, air -floatation, hydrolytic acidification and contact oxidation ANALYSIS OF PRINCIPLE OF EXPANDED GRANULAR SLUDGE BED REACTOR Jiang Han et al 19 Abstract It is analyzed that the structuralfeature, substrate metaboly and acid -alkali balance of the expandedgranular sludge bed EGSB reactor according to the flow state of the sludge bed, biochemical dynamics and system-matter balance. From which it is concluded that H A ratio and reflux ratio are the indicators of realizing a higher upflow speed of the reactor. The reflux causes the change in substrate metaboly of the reactor, which enhances the removal rate. The operation mode of EGSB plays a positive role in balancing the alkali degree and pH value of the system. Keywords EGSB, expansion rate, reflux ratio, upflow velocity, treatment efficiency , alkalinity and pH value TREATMENTOFELECTROPLATINGWASTEWATERBYCHEMICALOXIDATION - SEDIMENTATION PROCESSYuan Shoujun et al 22 Abstract Electroplating wastewater was treated by chemical oxidation -sedimentation process. The ffluent quality cons to the first -order criterion of GB8978 -1996. Combining engineering practice, the author gives some experience in design and debugging of the treatment engineering. The process features low cost, less sludge production, simple operation and small occupation of land. Keywords chemical oxidation, sedimentation, electroplating wastewater DECOLORIZATION PERANCE OF CATIONIC DYES WITH DIFFERENT MOLECULAR STRUCTURES BY AEROBIC ACTIVATED SLUDGELiu Zhengqin et al 24 Abstract Color removal effect of cationic dyes with different molecular structures by the acclimated activated sludge under aerobic conditions and different acetic acid concentrations was investigated in this paper. The experimental results showed that the dye removal of cationic dyes by 3 000 mg L aerobic sludge was high. The color removal of cationic red GTL, i. e. , isolated azo dyes and cationic blue 2 RL, i. e. , 2 -N hermicyanine, of 20 mg L was about 93 and 98, respectively. The increase of the sludge concentration had no prominent effect on the dye removal percentage. The color removal of cationic red 2 GL 2 -N heterocyclic hemicyanine dyes , cationic redGTL, cationic blue 2 RL and basic 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 3, Jun. , 2005 blue triphenylmethane dyesvaried little when acetic acid concentrations increased from 200 mg L to 1 200 mg L and dye concentration from 20 mg L to 100 mg L. It revealed that the biological decolorization of these cationic dyes seemed to be combined action of biosorption and subsequent biodegradation. The acetic acid concentration could enhance the color removal percentage of cationic red 6 B hemicyanine dyes. It could be the co -metabolism took place between 6 B and acetic acid. Keywords cationic dyes, biological decolorizaiton and aerobic process TREATMENT OF SAPONIN WASTEWATER BY PHYSICOCHEMICAL AND BIOCHEMICAL PROCESSXie Qingjie et al 26 Abstract The saponinwastewater is characterized by a strong dark color, high chemicaloxygen demand CODconcentration, low pH value and low biodegradability. Treatment of this wastewater by traditional activated sludge is essentially impossible. In the present work, combined physical, chemical and biological s were synergistically utilize to tackle the wastewater. The results show that CODCr, BOD5, chromaticity and SS can be reduced respectively from 23 250 mg L, 3 600 mg L, 216 times and 260 mg L to 92 mg L, 20 mg L, 20 times and 27 mg L by the process, and their average removal rates are 99. 7, 99. 4, 90. 7 and 90. 4 respectively ,which can meet the first-order of “ Overall Sewage Discharge Standards” GB8978 -1996. Keywords saponin, wastewater treatment, physicochemical and bio-chemical DEMONSTRATIONENGINEERINGRESEARCHONCONSTRUCTEDWETLANDFOR PURIFYING POLLUTED RIVER WATER FLOWING INTO DIANCHI LAKEDeng Futang et al 29 Abstract A demonstration engineering research on purifying the polluted riverwater flowing into Dianchi Lake using a composite constructed wetland system was implemented in thisproject. The resultsshown that the demonstration engineering system of the constructed wetland had a good applicability for treating the polluted river water flowing into Dianchi Lake. Under the normal running condition, the removal rate of CODMn, BOD5, TN and TP int the polluted river water could reach at 67, 74, 83 and 65 separately in the constructedwetland system. Keywords constructed wetland, polluted river water flowing into Dianchi Lake, sewage purification and demonstration engineering TREATMENT OF PRINTING AND DYEING WASTEWATER BY PRETREATMENT HYDROLYTIC ACIDIFICATION -AO PROCESSQin Lian et al 32 Abstract A printing and dyeing company in Changzhou adopts pretreatment -hydrolytic acidifcation -AO process to treat printing and dyeing wastewater. The running result shows the effect of the treatment is good and the process semmed to be fit for serveral different dyeing effluents. The effluent quality from the process meets the first class criterion specified in“ The National Discharge Standard of Pollutants” GB8978 -1996 . The cost of the treatment is 1. 851yuan R MB per ton wastewater. Keywords hydrolytic acidification, AO process and dyeing wastewater STUDIES ON PURIFYING DIESEL EXHAUST GASES WITH ATTAPULGITE CLAY Zou Jianguo et al 35 Abstract The attapulgtite clay was selected as absorbent for purifying diesel exhaust gas. Diesel exhaust gaswas allowed to pass through a jet bubble reactor JBR arragned in the exhaust system of the diesel engine, in which diesel particulates and other contaminantswere absorbed by the attapulgite clay solution. The absorbent slurry has collo