生物技術(shù)處理印染廢水研究進(jìn)展

水處理網(wǎng)訊:摘 要： 介紹了生物技術(shù)處理印染廢水的原理，著重闡述了好氧生物技術(shù)、厭氧生物技術(shù)、好氧-厭氧生物技術(shù)、生物技術(shù)與其他手段聯(lián)合處理印染廢水的研究進(jìn)展，并對(duì)生物技術(shù)處理印染廢水的發(fā)展方向進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞： 印染廢水； 生物技術(shù)； 好氧； 厭氧

印染是紡織工業(yè)中最重要的一環(huán)，能夠增加紡織后續(xù)服裝生產(chǎn)的產(chǎn)品價(jià)值。近年來，我國(guó)印染行業(yè)取得了巨大發(fā)展，我國(guó)染料產(chǎn)量占全世界總產(chǎn)量的60%以上［1］。隨著印染行業(yè)的快速發(fā)展，由此產(chǎn)生的印染廢水排放量也日益增多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)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(xiàn)出有機(jī)物含量高、色度大、水質(zhì)變化大、pH變化大、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，進(jìn)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(shù)手段主要有物理法、化學(xué)法和生物法。利用生物技術(shù)處理印染廢水成本低廉、對(duì)環(huán)境的二次污染小、污泥產(chǎn)量少、不需要復(fù)雜的設(shè)備，具有良好的環(huán)境效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，成為最常用的印染廢水處理技術(shù)［4］。

1 生物技術(shù)處理印染廢水原理

生物技術(shù)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(tuán)，將印染廢水中的大分子有機(jī)污染物降解成小分子物質(zhì)或轉(zhuǎn)化為各種原生物質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的［5］。

2 生物技術(shù)處理印染廢水研究進(jìn)展

2.1 好氧生物處理技術(shù)

好氧生物技術(shù)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(xì)胞進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到降解有機(jī)污染物的處理技術(shù)。金誠(chéng)等通過在動(dòng)態(tài)生物膜反應(yīng)器上接種好氧顆粒污泥，用以處理堿減量印染廢水，研究結(jié)果表明，生物膜反應(yīng)器形成穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)膜后對(duì)印染廢水的濁度去除率超過 90%，對(duì) UV254 染料的降解率達(dá)到95%，CODCr去除率也達(dá)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(jié)晶紫的最佳條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在外加生長(zhǎng)基質(zhì)的情況下，Kingella H菌株對(duì)結(jié)晶紫及其降解過程中的中間產(chǎn)物具有良好的降解脫色效果，在pH=7.0左右、葡萄糖質(zhì)量濃度6 g/L、溫 度 35 ℃、搖床轉(zhuǎn)速 150 r/min 時(shí)，Kingella H 菌株對(duì)結(jié)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(dá)到80%，毒性有機(jī)污染物的平均去除率達(dá)到 75%，達(dá)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(jiǎn)單有機(jī)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(zhì)對(duì)黃單胞菌生長(zhǎng)和PVA降解的影響，結(jié)果表明，丙三醇和葡萄糖能加快 PVA 降解，而水溶性維生素對(duì)黃單胞菌生長(zhǎng)和 PVA 降解的影響不明顯，半胱氨酸和甲硫氨酸能夠促進(jìn)黃單胞菌代謝，進(jìn)而促進(jìn)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(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，BOD5去除率為93.9%，CODCr去除率也達(dá)到了 93.6%，處理后的水質(zhì)達(dá)到《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求［10］。

2.2 厭氧生物處理技術(shù)

厭氧生物處理技術(shù)是在水中沒有溶解氧分子的條件下，兼性細(xì)菌與厭氧細(xì)菌進(jìn)行生化反應(yīng)，從而達(dá)到降解印染廢水中有機(jī)污染物的生物處理技術(shù)。Ra⁃zo-Flores 等在中溫條件下，研究利用連續(xù)上流式厭氧污泥床（UASB）反應(yīng)器對(duì)偶氮二水楊酸鹽（ADS）和媒染橙（MO1）偶氮染料的降解效果，結(jié)果表明，ADS和MO1在UASB反應(yīng)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(huán)境下，對(duì)雙偶氮染料活性黃84進(jìn)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(duì)其脫色率的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)酸性紅172與活性黃84混合后能夠促進(jìn)活性黃 84 脫色，24 h 即可完全脫色，而酸性藍(lán)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(yīng)器處理印染廢水，脫色率超過 92%，CODCr去除率也達(dá)到90%以上［13］。

董曉麗從紡織廢水中分離出膠質(zhì)紅假單胞菌XL-1，研究其在厭氧光照條件下對(duì)活性艷藍(lán) KN-R 的脫色和不同共代謝底物對(duì)脫色性能的影響，結(jié)果表明，蛋白胨作為共代謝底物時(shí)具有最佳的脫色性能。此外還研究了蛋白胨質(zhì)量濃度對(duì)脫色性能的影響，50 mg/L活性艷藍(lán)KN-R 在不添加蛋白胨時(shí)，菌株XL-1無法使KN-R脫色，隨著蛋白胨質(zhì)量濃度從0.01 g/L提高至55 g/L，菌株XL-1 對(duì)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(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)器處理印染廢水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過IC反應(yīng)器預(yù)處理后減少了處理過程中的污泥產(chǎn)量，提高了印染廢水的可生化性，降低了后續(xù)工藝的處理難度和負(fù)荷［15］。

2.3 厭氧-好氧生物處理技術(shù)

利用好氧生物技術(shù)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(shù)需要比較嚴(yán)格的厭氧條件，從而增加設(shè)備和工程等費(fèi)用，此外還容易產(chǎn)生甲烷和硫化氫等氣體污染空氣。將這兩種處理技術(shù)結(jié)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(chǎn)生。另外，自然界廣泛存在兼性微生物，可在有氧或無氧環(huán)境中生長(zhǎng)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(mèng)琪等首先采用水解酸化工藝對(duì)印染廢水進(jìn)行預(yù)處理，隨后再用好氧生物處理，結(jié)果表明CODCr去除率達(dá)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(jié)合能大大提高對(duì)印染廢水的處理能力［16］。迪建東等設(shè)計(jì)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(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)［17］。García-Martínez等利用厭氧的連續(xù)上升氣流攪拌填充反應(yīng)器和好氧膜生物反應(yīng)器（MBR）結(jié)合處理偶氮染料酸性橙 7 的印染廢水，CODCr去除率達(dá)到66%，TOC去除率也達(dá)到54.3%［18］。付永勝等研究設(shè)計(jì)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(shù)與其他處理方式聯(lián)合

為了適應(yīng)現(xiàn)代生活的需要，印染技術(shù)也在不斷改進(jìn)，各種新型染料和助劑的加入，使印染廢水的成分更加復(fù)雜，單獨(dú)的生物技術(shù)難以達(dá)到完全降解的目的。因此，需要將生物技術(shù)與其他方法結(jié)合，以得到更好的處理效果。鐘笑涵將厭氧生物反應(yīng)與電化學(xué)相結(jié)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(yíng)養(yǎng)液馴化EGSB中的厭氧污泥，90天后，系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)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(jié)合處理印染廢水，結(jié)果表明，CODCr去除率和脫色率分別高達(dá) 99%和 93%［21］。孫基惠等利用生物技術(shù)與雙介質(zhì)阻擋放電等離子技術(shù)聯(lián)合處理印染廢水，結(jié)果表明，當(dāng)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(shù)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(lián)合處理印染廢水，色度和 CODCr去除率分別為 94%和 93%，經(jīng)過深度處理后，最終出水的色度和CODCr達(dá)標(biāo)率從91%提升至100%，保障率也從0提升至90%［23］。程云環(huán)等將Fenton試劑與厭氧微生物處理技術(shù)相結(jié)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(jié)論與展望

利用生物技術(shù)處理印染廢水成本低廉、對(duì)環(huán)境的二次污染小、污泥產(chǎn)量少、不需要復(fù)雜的設(shè)備，具有良好的環(huán)境效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，成為當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，單獨(dú)的生物降解技術(shù)處理印染廢水已不能滿足需求，需要結(jié)合其他預(yù)處理工藝或深度處理技術(shù)，以滿足當(dāng)前及未來印染廢水的處理需求。

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作者簡(jiǎn)介：張 兵（1986-），男，重慶人，重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)工程系，講師，碩士，研究方向：生物工程，E-mail：zhangbing728105@163.com