改性粉煤灰与厌氧－曝气生物滤池联合处理印染废水

贾艳萍，宗 庆，姜修平，张羽汐，袁志峰

(东北电力大学化学工程学院，吉林吉林132012)

我国是印染纺织第一大国，每年约排放6亿－7亿m3印染废水［1］。印染废水水量大、有机物含量高、碱性大、水质变化大、色度深、成分复杂，而且随着PVA浆料和新型助剂的使用，大幅增加了废水中难生化降解的有机污染物含量，导致废水可生化性大幅降低。采用单一方法处理印染废水难以达到要求，因此需采用联合技术处理印染废水［2］。

粉煤灰处理印染废水的主要机理是吸附作用，接触絮凝、中和沉淀和过滤拦截等协同作

用［3］。对粉煤灰改性主要是对粉煤灰进行物理或化学处理，改变其表面的粗糙度，增大比表面积，从而提高粉煤灰的吸附性能。粉煤灰常用的改性方法有高温改性、酸改性以及碱改性等［4］。生物法中厌氧生物滤池(Anaerobic Filter，AF)与曝气生物滤池(Biological Aerated Filter，BAF)联用工艺具有处理效率高、抗冲击能力强、占地面积小及经济成本低等优点，能够充分发挥机械截留、生物膜吸附降解和微生物菌落食物链分级捕食等作用，受到了广泛重视［5－6］。本文采用盐酸改性粉煤灰，并与AF－BAF反应器联合处理印染废水，考察以及的去除率、平均脱色率等指标的变化。

1 材料与方法

1.1 实验材料及装置

AF和BAF反应器采用有机玻璃制成，反应器高度均为2 m，AF反应器内径为8 cm，有效容积2.5 L，填料高度1 m;BAF反应器内径10 cm，有效容积3.5 L，填料高度1 m，填料陶粒直径3－5 mm，实验装置见图1。

实验装置为两个反应器串联，水箱中的原水经蠕动泵从AF底部进入，流经填料层过程中与陶粒及反应器表面微生物充分接触后从填料顶部出水管流出，在蠕动泵作用下从BAF反应器底部进入，采用曝气泵将压缩空气由BAF底部送入，砾石承托层装有能将空气均匀分布的配气装置，流经填料层过程中曝气生物滤池中的好氧微生物氧化降解，完成处理过程。

图1 AF－BAF反应装置

1.2 实验用水

模拟印染废水的主要成分，见表1。

表1 模拟印染废水的主要成分

1.3 亚甲基蓝废水的预处理

首先取一定量粉煤灰约200 g，置于1 000 mL大烧杯中以去离子水洗至中性pH7.0(pH试纸)，过滤，将粉煤灰放入烘箱中70℃干燥24 h，研磨成粉末装入密封袋备用。

其次取100 g预处理过的粉煤灰置于1 000 mL烧杯中，加入500 mL盐酸(2 mol/L)搅拌4 h，去离子水洗至中性(pH试纸)，过滤，烘箱中70℃烘干，研磨成粉末备用。

最后取40 g盐酸改性过的粉煤灰置于1 000 mL烧杯中，加入800 mL亚甲基蓝模拟印染废水，搅拌30 min，静置50 min后过滤，残渣废弃。

1.4 分析项目和检测方法

COD的测定采用重铬酸钾法;氨氮的测定采用纳氏试剂光度法;硝态氮的测定采用紫外分光光度法;亚硝态氮的测定采用N－(1－萘基)－乙二胺光度法;总氮的测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法［7－8］;脱色率的测定采用分光光度法。

2 结果与讨论

2.1 改性粉煤灰预处理模拟印染废水的研究

研究表明，随着改性粉煤灰粒度减小，印染废水脱色率越来越大，当粒度在100～120目时，改性粉煤灰对印染废水脱色率趋于平稳，达到90%，随粉煤灰粒度进一步减少，脱色率变化较小。这是因为改性粉煤灰粒度越小，比表面积越大，吸附能力越大。但粉煤灰粒度越小，粉煤灰与废水的分离就越困难，所需静置沉淀时间越长。因此，综合考虑选择改性粉煤灰的最佳粒度为100～120目。随着pH增大，粉煤灰表面吸附的羟基增多，可与染料中的－SO3、－NH2或－COO等发生氢键联结，增强了粉煤灰对染料分子的吸附能力。但当pH＞10后，染料在水溶液中都以阴离子形式存在，大量的羟基和染料阴离子在粉煤灰表面产生竞争，妨碍了对染料阴离子吸附。因此本实验最佳pH为10，见图2。

图2 pH值对脱色率的影响

2.2 联合工艺处理印染废水

本实验在温度10℃、pH为10、曝气量50 L/h、HRT为4 h条件下进行，AF－BAF反应器进水均为200 mL/d去除率的变化见图3～图4。

由图3可知，在AF中COD去除率波动很小，约在10%左右;而在BAF中，由于接种了驯化后的活性污泥，使得其中的生物氧化作用明显。在前7天里，COD去除率变化缓慢，之后开始逐渐增大到60%.

图3 COD去除率随时间的变化

采用原子吸收分光光度计在波长为660 nm处测定亚甲基蓝溶液的吸光度。根据下式计算亚甲基蓝溶液的脱色率(ξ%)。

式中:A0为进水吸光度;A为出水吸光度。

由图5可以看出，单独采用AF－BAF工艺对色度的去除率仅为40%，不能有效脱色，这是由于水中难降解染料分子在AF－BAF膜表面的不断累积易引起微生物中毒，破坏了AF－BAF内系统平衡;采用改性粉煤灰和AF－BAF组合工艺脱色率可达90%左右，这是由于改性粉煤灰能够有效地降低水体色度，而且为后续AF－BAF生物处理系统提供了有力的微生物生境条件。

图4 运行时间对、、去除率的影响

图5 运行时间对脱色率的影响

3 结 论

本实验在温度10℃左右、pH 10、曝气量50 L/h、HRT为4h的条件下，采用盐酸改性粉煤灰预处理与AF－BAF工艺联合处理模拟印染废水，得到如下结论:

(1)粉煤灰具有一定的吸附能力，采用盐酸改性粉煤灰处理，可以达到良好的脱色效果，脱色率达到90%。

［1］訾洛阳，丁志斌.印染废水脱色研究进展［J］.给水排水，2008，34(1):236－239.

［2］程春民.印染废水处理工艺的改进［J］.工业水处理，2007，27(4):61－64.

［3］何水清.粉煤灰处理废水的机理与应用［J］.粉煤灰，2002，5(4):21－23.

［4］杨子立.改性粉煤灰在废水处理中的应用进展［J］.工业水处理，2011，6(3):24－26.

［5］张兰河，郭益平，等.臭氧/高锰酸钾/BAF工艺污水深度处理研究［J］.环境工程，2012，30(4):13－16.

［6］刘景明，吕世海，陈立颖，等.活性炭曝气生物滤池深度处理化工废水的研究［J］.东北电力大学学报，2007，27(4):91－94.

［7］郭训文.化学氧化－曝气生物滤池组合工艺处理含氰电镀废水的研究［D］.华南理工大学，2013:21－28.

［8］L A Robertson，R M Torremans，J G Kuenen.Simultaneous nitrification and denitrification in aerobic chemostat culture of Thiosphaera patotropha［J］.Applied and Environmental Microbiology，2009，54(3):2812－2818.