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生物技術處理印染廢水研究進展
介紹了生物技術處理印染廢水的原理,著重闡述了好氧生物技術、厭氧生物技術、好氧-厭氧生物技術、生物技術與其他手段聯合處理印染廢水的研究進展,并對生物技術處理印染廢水的發展方向進行探究。 
 
關鍵詞: 印染廢水; 生物技術; 好氧; 厭
 
印染是紡織工業中最重要的一環,能夠增加紡織后續服裝生產的產品價值。近年來,我國印染行業取得了巨大發展,我國染料產量占全世界總產量的60%以上[1]。隨著印染行業的快速發展,由此產生的印染廢水排放量也日益增多,據統計,我國印染廢水年排放量超過 5.5 億 t[2]。近年來,由于各種新型染料和助劑的大量使用,印染廢水呈現出有機物含量高、色度大、水質變化大、pH變化大、成分復雜等特點,進一步加大了印染廢水的處理難度[3]。目前處理印染廢水的技術手段主要有物理法、化學法和生物法。利用生物技術處理印染廢水成本低廉、對環境的二次污染小、污泥產量少、不需要復雜的設備,具有良好的環境效應和經濟效應,成為最常用的印染廢水處理技術[4]。
 
1 生物技術處理印染廢水原理
 
生物技術處理印染廢水主要是通過微生物的大量繁殖,利用微生物酶氧化或還原染料分子,破壞染料分子的不飽和鍵和顯色基團,將印染廢水中的大分子有機污染物降解成小分子物質或轉化為各種原生物質及營養物質,從而達到凈化水質的目的[5]。 
 
2 生物技術處理印染廢水研究進展
 
2.1 好氧生物處理技術
 
好氧生物技術處理印染廢水的原理是在廢水中存在溶解氧分子的條件下,利用好氧微生物細胞進行生物化學反應,從而達到降解有機污染物的處理技術。金誠等通過在動態生物膜反應器上接種好氧顆粒污泥,用以處理堿減量印染廢水,研究結果表明,生物膜反應器形成穩定的動態膜后對印染廢水的濁度去除率超過 90%,對 UV254 染料的降解率達到95%,CODCr去除率也達到80%[6]。譙建軍從污水處理廠活性污泥和印染廢水中分離得到高效好氧降解Kingella H菌株,并研究其降解結晶紫的最佳條件,結果發現,在外加生長基質的情況下,Kingella H菌株對結晶紫及其降解過程中的中間產物具有良好的降解脫色效果,在pH=7.0左右、葡萄糖質量濃度6 g/L、溫 度 35 ℃、搖床轉速 150 r/min 時,Kingella H 菌株對結晶紫具有最佳的降解活性[7]。Ahmet Baban 等利用活性污泥法處理紡織廠的印染廢水,平均脫色率為50%,COD平均降解率達到80%,毒性有機污染物的平均去除率達到 75%,達到了中水回用的要求[8]。張興等從腐敗的 PVA 膠水中分離得到黃單胞菌,并研究了部分簡單有機碳源(丙三醇、葡萄糖、乙酸鈉)、水溶性維生素、氨基酸(半胱氨酸、甲硫氨酸)共代謝基質對黃單胞菌生長和PVA降解的影響,結果表明,丙三醇和葡萄糖能加快 PVA 降解,而水溶性維生素對黃單胞菌生長和 PVA 降解的影響不明顯,半胱氨酸和甲硫氨酸能夠促進黃單胞菌代謝,進而促進PVA降解[9]。俞寧等利用高效好氧的全混合生物污泥法處理印染廢水,實際應用結果表明,BOD5去除率為93.9%,CODCr去除率也達到了 93.6%,處理后的水質達到《紡織染整工業水污染物排放標準》二級標準的要求[10]。 
 
2.2 厭氧生物處理技術
 
厭氧生物處理技術是在水中沒有溶解氧分子的條件下,兼性細菌與厭氧細菌進行生化反應,從而達到降解印染廢水中有機污染物的生物處理技術。Ra⁃zo-Flores 等在中溫條件下,研究利用連續上流式厭氧污泥床(UASB)反應器對偶氮二水楊酸鹽(ADS)和媒染橙(MO1)偶氮染料的降解效果,結果表明,ADS和MO1在UASB反應器中都能夠完全降解和脫色[11]。
 
宋汕柯通過分離純化得到具有高效脫色能力的菌株Y8,以葡萄糖作為碳源、酵母粉作為氮源,在 pH=7、溫度30 ℃、接種量15%的厭氧環境下,對雙偶氮染料活性黃84進行脫色,36 h后脫色率超過98%。此外還研究了其他染料與活性黃84混合后對其脫色率的影響,結果發現,當酸性紅172與活性黃84混合后能夠促進活性黃 84 脫色,24 h 即可完全脫色,而酸性藍127和酸性紅35與活性黃84混合后抑制了活性黃84的脫色,48 h后脫色率僅為50%[12]。
Somasiri等利用升流式厭氧反應器處理印染廢水,脫色率超過 92%,CODCr去除率也達到90%以上[13]。
 
董曉麗從紡織廢水中分離出膠質紅假單胞菌XL-1,研究其在厭氧光照條件下對活性艷藍 KN-R 的脫色和不同共代謝底物對脫色性能的影響,結果表明,蛋白胨作為共代謝底物時具有最佳的脫色性能。此外還研究了蛋白胨質量濃度對脫色性能的影響,50 mg/L活性艷藍KN-R 在不添加蛋白胨時,菌株XL-1無法使KN-R脫色,隨著蛋白胨質量濃度從0.01 g/L提高至55 g/L,菌株XL-1 對KN-R的脫色效果隨之提升,脫色率從50.35%提升至93.05%[14]。張挺等利用內循環(IC)厭氧反應器處理印染廢水,結果發現,經過IC反應器預處理后減少了處理過程中的污泥產量,提高了印染廢水的可生化性,降低了后續工藝的處理難度和負荷[15]。
 
2.3 厭氧-好氧生物處理技術
 
利用好氧生物技術處理印染廢水,需要提供大量氧氣,因而需要消耗大量能源。利用厭氧生物技術需要比較嚴格的厭氧條件,從而增加設備和工程等費用,此外還容易產生甲烷和硫化氫等氣體污染空氣。將這兩種處理技術結合,一方面可以減少能源消耗,另一方面減少了硫化氫、甲烷等氣體的產生。另外,自然界廣泛存在兼性微生物,可在有氧或無氧環境中生長繁殖,印染廢水處理中廣泛使用的水解酸化工藝就是利用兼性微生物來降解。宋夢琪等首先采用水解酸化工藝對印染廢水進行預處理,隨后再用好氧生物處理,結果表明CODCr去除率達到71.4%,只利用好氧生物處理的印染廢水 CODCr去除率只有31%,說明將水解酸化工藝與好氧生物處理相結合能大大提高對印染廢水的處理能力[16]。迪建東等設計出以厭氧-好氧工藝為主的印染廢水處理方案,并用于處理印染廢水,CODCr可降至 100 mg/L 以下,懸浮固體(SS)降至70 mg/L以下,BOD5降至25 mg/L以下,色度為 40 倍以下,pH 為 6~9,能夠滿足《紡織染整工業水污染排放標準》的一級排放標準[17]。García-Martínez等利用厭氧的連續上升氣流攪拌填充反應器和好氧膜生物反應器(MBR)結合處理偶氮染料酸性橙 7 的印染廢水,CODCr去除率達到66%,TOC去除率也達到54.3%[18]。付永勝等研究設計水解酸化-UASB-SBR的組合工藝,并用于處理印染廢水,CODCr、BOD5和色度均大幅下降(CODCr由2 500~4 500 mg/L下降為80~150 mg/L,BOD5由600~1 000 mg/L降低為30~40 mg/L,色度從100~600倍降低為50~60倍)[19]。 
 
2.4 生物技術與其他處理方式聯合
 
為了適應現代生活的需要,印染技術也在不斷改進,各種新型染料和助劑的加入,使印染廢水的成分更加復雜,單獨的生物技術難以達到完全降解的目的。因此,需要將生物技術與其他方法結合,以得到更好的處理效果。鐘笑涵將厭氧生物反應與電化學相結合用于處理印染廢水,以葡萄糖、尿素和磷酸二氫鉀配制成的營養液馴化EGSB中的厭氧污泥,90天后,系統仍能穩定運行,對印染廢水的COD去除率始終保持在90%以上[20]。Deveci等將生物降解與光催化氧化工藝相結合處理印染廢水,結果表明,CODCr去除率和脫色率分別高達 99%和 93%[21]。孫基惠等利用生物技術與雙介質阻擋放電等離子技術聯合處理印染廢水,結果表明,當電壓為 65 kV,功率為 62W,放電處理 10 min 后,印染廢水的可生化性 BOD5/CODCr值由之前的 0.19 提升為 0.37,再利用生物技術處理后,脫色率和CODCr去除率分別為89.8%和78.4%,出水色度和COD分別為62倍和89 mg/L[22]。梅林春等利用混凝-生物接觸氧化-臭氧氧化聯合處理印染廢水,色度和 CODCr去除率分別為 94%和 93%,經過深度處理后,最終出水的色度和CODCr達標率從91%提升至100%,保障率也從0提升至90%[23]。程云環等將Fenton試劑與厭氧微生物處理技術相結合處理含活性艷紅KD-8B的模擬印染廢水,CODCr和色度去除率均超過98%[24]。 
 
3 結論與展望
 
利用生物技術處理印染廢水成本低廉、對環境的二次污染小、污泥產量少、不需要復雜的設備,具有良好的環境效應和經濟效應,成為當前最常用的印染廢水處理手段。但是隨著各種新型染料和助劑的加入及印染廢水排放標準的不斷提高,單獨的生物降解技術處理印染廢水已不能滿足需求,需要結合其他預處理工藝或深度處理技術,以滿足當前及未來印染廢水的處理需求。
 
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作者簡介:張 兵(1986-),男,重慶人,重慶工貿職業技術學院生物化學工程系,講師,碩士,研究方向:生物工程,E-mail:zhangbing728105@163.com
 
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