生物技术处理印染废水研究进展

时间:2019-08-13 08:45:20

来源:《印染助剂》

作者:张 兵

    慧聪水工业网 摘 要: 介绍了生物技术处理印染废水的原理,着重阐述了好氧生物技术、厌氧生物技术、好氧-厌氧生物技术、生物技术与其他手段联合处理印染废水的研究进展,并对生物技术处理印染废水的发展方向进行探究。 

关键词: 印染废水; 生物技术; 好氧; 厌氧

印染是纺织工业中重要的一环,能够增加纺织后续服装生产的产品价值。近年来,我国印染行业取得了巨大发展,我国染料产量占全世界总产量的60%以上[1]。随着印染行业的快速发展,由此产生的印染废水排放量也日益增多,据统计,我国印染废水年排放量超过 5.5 亿 t[2]。近年来,由于各种新型染料和助剂的大量使用,印染废水呈现出有机物含量高、色度大、水质变化大、pH变化大、成分复杂等特点,进一步加大了印染废水的处理难度[3]。目前处理印染废水的技术手段主要有物理法、化学法和生物法。利用生物技术处理印染废水成本低廉、对环境的二次污染小、污泥产量少、不需要复杂的设备,具有良好的环境效应和经济效应,成为常用的印染废水处理技术[4]。

1 生物技术处理印染废水原理

生物技术处理印染废水主要是通过微生物的大量繁殖,利用微生物酶氧化或还原染料分子,破坏染料分子的不饱和键和显色基团,将印染废水中的大分子有机污染物降解成小分子物质或转化为各种原生物质及营养物质,从而达到净化水质的目的[5]。 

2 生物技术处理印染废水研究进展

2.1 好氧生物处理技术

好氧生物技术处理印染废水的原理是在废水中存在溶解氧分子的条件下,利用好氧微生物细胞进行生物化学反应,从而达到降解有机污染物的处理技术。金诚等通过在动态生物膜反应器上接种好氧颗粒污泥,用以处理碱减量印染废水,研究结果表明,生物膜反应器形成稳定的动态膜后对印染废水的浊度去除率超过 90%,对 UV254 染料的降解率达到95%,CODCr去除率也达到80%[6]。谯建军从污水处理厂活性污泥和印染废水中分离得到高效好氧降解Kingella H菌株,并研究其降解结晶紫的最佳条件,结果发现,在外加生长基质的情况下,Kingella H菌株对结晶紫及其降解过程中的中间产物具有良好的降解脱色效果,在pH=7.0左右、葡萄糖质量浓度6 g/L、温 度 35 ℃、摇床转速 150 r/min 时,Kingella H 菌株对结晶紫具有最佳的降解活性[7]。Ahmet Baban 等利用活性污泥法处理纺织厂的印染废水,平均脱色率为50%,COD平均降解率达到80%,毒性有机污染物的平均去除率达到 75%,达到了中水回用的要求[8]。张兴等从腐败的 PVA 胶水中分离得到黄单胞菌,并研究了部分简单有机碳源(丙三醇、葡萄糖、乙酸钠)、水溶性维生素、氨共代谢基质对黄单胞菌生长和PVA降解的影响,结果表明,丙三醇和葡萄糖能加快 PVA 降解,而水溶性维生素对黄单胞菌生长和 PVA 降解的影响不明显,甲硫氨酸能够促进黄单胞菌代谢,进而促进PVA降解[9]。俞宁等利用高效好氧的全混合生物污泥法处理印染废水,实际应用结果表明,BOD5去除率为93.9%,CODCr去除率也达到了 93.6%,处理后的水质达到《纺织染整工业水污染物排放标准》二级标准的要求[10]。 

2.2 厌氧生物处理技术

厌氧生物处理技术是在水中没有溶解氧分子的条件下,兼性细菌与厌氧细菌进行生化反应,从而达到降解印染废水中有机污染物的生物处理技术。Ra⁃zo-Flores 等在中温条件下,研究利用连续上流式厌氧污泥床(UASB)反应器对偶氮二水杨酸盐(ADS)和媒染橙(MO1)偶氮染料的降解效果,结果表明,ADS和MO1在UASB反应器中都能够完全降解和脱色[11]。

宋汕柯通过分离纯化得到具有高效脱色能力的菌株Y8,以葡萄糖作为碳源、酵母粉作为氮源,在 pH=7、温度30 ℃、接种量15%的厌氧环境下,对双偶氮染料活性黄84进行脱色,36 h后脱色率超过98%。此外还研究了其他染料与活性黄84混合后对其脱色率的影响,结果发现,当酸性红172与活性黄84混合后能够促进活性黄 84 脱色,24 h 即可完全脱色,而酸性蓝127和酸性红35与活性黄84混合后抑制了活性黄84的脱色,48 h后脱色率仅为50%[12]。Somasiri等利用升流式厌氧反应器处理印染废水,脱色率超过 92%,CODCr去除率也达到90%以上[13]。

董晓丽从纺织废水中分离出胶质红假单胞菌XL-1,研究其在厌氧光照条件下对活性艳蓝 KN-R 的脱色和不同共代谢底物对脱色性能的影响,结果表明,蛋白胨作为共代谢底物时具有最佳的脱色性能。此外还研究了蛋白胨质量浓度对脱色性能的影响,50 mg/L活性艳蓝KN-R 在不添加蛋白胨时,菌株XL-1无法使KN-R脱色,随着蛋白胨质量浓度从0.01 g/L提高至55 g/L,菌株XL-1 对KN-R的脱色效果随之提升,脱色率从50.35%提升至93.05%[14]。张挺等利用内循环(IC)厌氧反应器处理印染废水,结果发现,经过IC反应器预处理后减少了处理过程中的污泥产量,提高了印染废水的可生化性,降低了后续工艺的处理难度和负荷[15]。 

2.3 厌氧-好氧生物处理技术

利用好氧生物技术处理印染废水,需要提供大量氧气,因而需要消耗大量能源。利用厌氧生物技术需要比较严格的厌氧条件,从而增加设备和工程等费用,此外还容易产生甲烷和硫化氢等气体污染空气。将这两种处理技术结合,一方面可以减少能源消耗,另一方面减少了硫化氢、甲烷等气体的产生。另外,自然界广泛存在兼性微生物,可在有氧或无氧环境中生长繁殖,印染废水处理中广泛使用的水解酸化工艺就是利用兼性微生物来降解。宋梦琪等首先采用水解酸化工艺对印染废水进行预处理,随后再用好氧生物处理,结果表明CODCr去除率达到71.4%,只利用好氧生物处理的印染废水 CODCr去除率只有31%,说明将水解酸化工艺与好氧生物处理相结合能大大提高对印染废水的处理能力[16]。迪建东等设计出以厌氧-好氧工艺为主的印染废水处理方案,并用于处理印染废水,CODCr可降至 100 mg/L 以下,悬浮固体(SS)降至70 mg/L以下,BOD5降至25 mg/L以下,色度为 40 倍以下,pH 为 6~9,能够满足《纺织染整工业水污染排放标准》的一级排放标准[17]。García-Martínez等利用厌氧的连续上升气流搅拌填充反应器和好氧膜生物反应器(MBR)结合处理偶氮染料酸性橙 7 的印染废水,CODCr去除率达到66%,TOC去除率也达到54.3%[18]。付永胜等研究设计水解酸化-UASB-SBR的组合工艺,并用于处理印染废水,CODCr、BOD5和色度均大幅下降(CODCr由2 500~4 500 mg/L下降为80~150 mg/L,BOD5由600~1 000 mg/L降低为30~40 mg/L,色度从100~600倍降低为50~60倍)[19]。 

2.4 生物技术与其他处理方式联合

为了适应现代生活的需要,印染技术也在不断改进,各种新型染料和助剂的加入,使印染废水的成分更加复杂,单独的生物技术难以达到完全降解的目的。因此,需要将生物技术与其他方法结合,以得到更好的处理效果。钟笑涵将厌氧生物反应与电化学相结合用于处理印染废水,以葡萄糖、尿素和磷酸二氢钾配制成的营养液驯化EGSB中的厌氧污泥,90天后,系统仍能稳定运行,对印染废水的COD去除率始终保持在90%以上[20]。Deveci等将生物降解与光催化氧化工艺相结合处理印染废水,结果表明,CODCr去除率和脱色率分别高达 99%和 93%[21]。孙基惠等利用生物技术与双介质阻挡放电等离子技术联合处理印染废水,结果表明,当电压为 65 kV,功率为 62W,放电处理 10 min 后,印染废水的可生化性 BOD5/CODCr值由之前的 0.19 提升为 0.37,再利用生物技术处理后,脱色率和CODCr去除率分别为89.8%和78.4%,出水色度和COD分别为62倍和89 mg/L[22]。梅林春等利用混凝-生物接触氧化-臭氧氧化联合处理印染废水,色度和 CODCr去除率分别为 94%和 93%,经过深度处理后,最终出水的色度和CODCr达标率从91%提升至100%,保障率也从0提升至90%[23]。程云环等将Fenton试剂与厌氧微生物处理技术相结合处理含活性艳红KD-8B的模拟印染废水,CODCr和色度去除率均超过98%[24]。 

3 结论与展望

利用生物技术处理印染废水成本低廉、对环境的二次污染小、污泥产量少、不需要复杂的设备,具有良好的环境效应和经济效应,成为当前最常用的印染废水处理手段。但是随着各种新型染料和助剂的加入及印染废水排放标准的不断提高,单独的生物降解技术处理印染废水已不能满足需求,需要结合其他预处理工艺或深度处理技术,以满足当前及未来印染废水的处理需求。

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作者简介:张 兵(1986-),男,重庆人,重庆工贸职业技术学院生物化学工程系,讲师,硕士,研究方向:生物工程,E-mail:zhangbing728105@163.com

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