高盐含氮印染废水净化技术研究外文翻译资料

 2022-08-06 10:54:07

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高盐含氮印染废水净化技术研究

WenboDong1, YaotingWu1, XiaoshuangDeng1, XiaoyaLiang1, LinghuaZhang1*and YiminZhu1

（大连海事大学环境科学与工程学院 辽宁大连116026，中国）

摘 要：本文介绍了高盐含氮印染废水的微生物脱氮、絮凝和脱色净化技术。采用组合菌群对高盐含氮印染废水，进行同步硝化反硝化脱氮处理。以乙酸钠为碳源，C:N设置为7.5：1时，浓度由初始的2000.0 mg/L降至18.0 mg/L，脱氮率为99.1%，运行时间为120 h时的脱氮效率为16.5 mg·L-1·h-1。聚氯化铝(PAC)是最适宜的絮凝剂，最佳条件为PAC投加量为0.5g/L、絮凝时间为10 min，絮凝率可达96.5%。在臭氧、84消毒剂、过氧化氢和二氧化氯四种脱色方法中，臭氧氧化脱色效果较好。当臭氧的产生量是167 mg/min，反应时间为4 min时，中性红、酸性绿、甲基橙的脱色率均可达94.0%以上。本研究为高盐含氮印染废水的净化提供了理论和技术支持。

引 言

高盐含氮印染废水的主要污染物包括高浓度的盐，其严重抑制了微生物的活性，导致传统生物处理效率低[1]。在印花过程中，使用大量尿素作助剂，从而产生高浓度的氨氮和粒径小、不易分离的颗粒，以及带有色球基团的染料和染色助剂。这类废水的综合处理已成为亟待解决的问题[2]。目前常用的脱氮技术有：气提法、断点氯化法和生物法。气提法受温度影响较大，对pH值要求严格，且能耗高。断点氯化对液氯的储存和使用有很高的要求，副产物会造成二次污染。在生物脱氮的过程中，高盐环境会抑制微生物的生长，甚至杀死微生物[3]。常用的絮凝剂有有机絮凝剂和无机絮凝剂。有机高分子絮凝剂具有净化效果好，pH值范围广等优点，但价格相对昂贵。传统无机絮凝剂对设备腐蚀性强，聚合速度慢，絮凝体小。无机高分子絮凝剂比传统絮凝剂更有效，而且比有机高分子絮凝剂更便宜。因此，它有成为主流絮凝剂的趋势[4]。常用的印染废水脱色工艺是化学絮凝法，但该方法对活性染料和水溶性染料的脱色效果较差，甚至对脱色无效果[5]。

本文从脱氮、絮凝和脱色三个关键技术入手，对高盐含氮模拟印染废水进行处理，为此类废水的处理提供理论和技术支持。

材料和方法

材料

菌株：本实验室分离筛选出具有脱氮功能的菌株。芽孢杆菌Y01、芽孢杆菌Y03、芽孢杆菌Y06、芽孢杆菌Y10、芽孢杆菌Y21、假单胞菌J07、假单胞菌J09、地毛菌B09、卤单胞菌B05、卤单胞菌H02。

LB培养基(g/L)：蛋白胨10，酵母粉5，NaCl 5 (30)， pH 7.2， 121℃灭菌20 min。

强化培养基(g/L)：葡萄糖20，硫酸铵4，酵母粉1，K2HPO4·3H2O 9，KH2PO4 3， MgSO4·7H2O 0.1，NaCl 30，微量元素2ml（微量元素：EDTA-2Na 63.7， ZnSO4 2.2， CaCl2 5.5， MnCl2·4H2O 5.1，FeSO4·7H2O 5，Na2MO4·2H2O 1.1，CuSO4·5H2O 1.6，CoCl2·6H2O 1.6），微量元素过滤灭菌（0.22mu;m孔径，美国Milliproe Express）。

污泥：曝气池污泥来自大连某污水处理厂。

高盐含氮模拟印染废水（以下简称模拟废水）(g/L)：N元素2000 mg/L（硫酸铵），醋酸钠（浓度由实验条件确定）、NaCl 30、染料25 mg/L（中性红、酸性绿、甲基橙）、浊度353 NTU（该颗粒物来源于某厂高盐含氮印染废水）。

方法

活性污泥强化法

脱氮菌株经LB培养基活化24 h，离心除去上清液。然后将其加入污泥沉降率为25.0%的强化培养基中，在120 rpm和30°C条件下进行摇匀，持续培养9天。

氮去除的方法

脱氮方法的设置和条件如表1所示。

注:模拟废水的N元素为2000.0 mg/L，有机碳为乙酸钠(C：N=5：1)。氧气以每分钟120转，30℃的温度供应在振动筛中。厌氧培养：AG015密闭厌氧池，30℃。

无机氮的测定方法

总无机氮(TN)包括氨氮()、亚硝酸盐氮()和硝态氮()。脱氮率的定义是：脱氮体系中总氮减少量占总氮的百分比。脱氮率= (TN0-TNt)/TN0times;100%。NT0为脱氮初期的TN, TNt为脱氮过程中某一时刻的TN。用纳氏试剂法[6]测定氨氮的浓度。采用锌镉还原法测定硝态氮的浓度[7]。

絮凝方法[8]

将一定量的絮凝剂溶液（5%聚氯化铝铁PAFC)、5%聚硫酸铁(SPFS)和5%聚氯化铝(PAC)）加入到装有1000 mL脱氮模拟废水的烧杯中。充分搅拌后，静置20分钟，取上清液测量吸光度。计算方法为：絮凝率= (B- A)/Btimes;100%。A和B分别为实验组和空白组在600 nm处的吸光度。

脱色方法[9]

在装有1000毫升模拟废水的烧杯中加入臭氧（臭氧发生器规格为10 g/h），在室温下放置10分钟。取上清液，每间隔1 min测量吸光度。计算方法为：脱色率= (A0-Ai)/Aitimes;100%。A0和Ai分别为模拟废水初始和t min处的最大吸收峰处的吸光度。

结果和讨论

微生物菌群增强了活性污泥对模拟废水脱氮的能力

不同脱氮方法对脱氮效率的影响

首先，研究了方法1.2.1对活性污泥脱氮效率的影响。根据方法1.2.2，将脱氮方法设置为同步好氧异养、同步好氧自养、同步厌氧异养和同步厌氧自养，pH控制在7~8。结果如表2所示。活性污泥仅在异养条件下进行反硝化脱氮。在好氧异养条件下的脱氮率最高为91.7%，当反应到96 h时脱氮效率为19.1 mg· L-1·h-1。活性污泥最佳的脱氮方法是同步硝化反硝化(SND)脱氮。

SND脱氮条件的优化

研究了不同C/N对氮去除率的影响。C/N分别设置为2.5：1、5：1、7.5：1和10：1。按照方法1.2.2进行SND脱氮，120h脱氮率如图1所示。优化后的C/N为7.5：1，模拟废水的氮浓度由2000.0 mg/L降至18.0 mg/L。脱氮率为99.1%，脱氮效率为16.5 mg·L-1·h-1。当C/N达到10：1时，氮的去除率不再增加。

注:模拟废水的N元素含量为2000.0 mg/L，有机碳为醋酸钠。转速为120rpm，温度为30℃，脱氮时间为120h，pH值控制在7 ~ 8。

综上所述，强化活性污泥最佳脱氮方式为SND脱氮，最佳C/N为7.5：1。在此条件下，模拟废水的氮浓度由2000.0 mg/L降至18.0 mg/L。当反应时间为120 h时，脱氮率为99.1%，脱氮效率为16.5 mg·L-1·h-1。

模拟废水絮凝净化

絮凝剂的种类和用量

根据方法1.2.4，研究了絮凝剂的种类和用量对模拟废水的影响。絮凝剂的种类包括PAC、PAFC和SPFS。剂量设为0 g/L、0.3 g/L、0.5 g/L、0.8 g/L、1.0 g/L、1.3 g/L，絮凝时间为20min。结果如图2所示，剂量为0.5 g/L时PAC絮凝效果最好，絮凝率为95.2%。

絮凝时间

研究了絮凝时间对模拟废水的影响。絮凝剂主要有PAC、PAFC和SPFS。剂量设为0.5 g/L、0.8 g/L。设置时间分别为0分钟、5分钟、10分钟、15分钟和20分钟。结果如图3所示，在5 min时，PAC、PAFC和SPFS的絮凝率分别为91.8%、87.5%和79.8%。当反应时间大于10 min时，絮凝速率基本不再增加。

综上所述，PAC是最合适的絮凝剂，当投加量为0.5 g/L，絮凝时间为10 min时，絮凝率达到96.5%。

模拟废水脱色

首先，分别用臭氧、84消毒剂、过氧化氢和二氧化氯对模拟废水进行脱色处理。结果如图4所示，脱色效果为臭氧gt; 84消毒剂gt;过氧化氢gt;二氧化氯。84消毒剂与臭氧脱色效果相似，但臭氧脱色时间较短且无二次污染。因此，选择臭氧对模拟废水进行脱色。

根据1.2.5臭氧脱色法，中性红、酸性绿和甲基橙的浓度均为25 mg/L，结果如图5所示，加入臭氧4 min时，脱色率达到94.0%。虽然臭氧脱色率可以达到99.0%或以上，但脱色4 min后脱色率随时间改变不大。

用分光光度计测量300~700 nm范围内的吸光度，模拟废水在臭氧脱色前后的光谱如图6所示。当特征吸收峰消失时，说明该色球完全被臭氧氧化，废水几乎完全变色了。

结论

强化活性污泥脱氮的最佳方法为SND脱氮，最佳C/N为7.5：1。在此条件下，氨氮的浓度由2000.0 mg/L降至18.0 mg/L，脱氮率为99.1%，运行时间为120 h时脱氮效率为16.5 mg·L-1·h-1。PAC是最适合的絮凝剂，当PAC投加量为0.5g/L，絮凝时间为10 min，絮凝率可达96.5%。在臭氧、84消毒剂、过氧化氢、二氧化氯四种脱色方法中，臭氧氧化脱色效果较好。当臭氧量为167 mg/min，反应时间为4 min时，中性红、酸性绿和甲基橙的脱色率均可达到94.0%以上。

致 谢：本研究由中央高校基础研究基金、大连海事大学船舶污染监测与控制协同创新中心种子基金项目(20110216001)资助。

[参考文献]

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[5] Xiao, R.D., Chang, R.F. (2002) Study on flocculation decolorization of printing and dyeing wastewater. Chemical Reaction Engineering amp; Technology., 03: 54-259.

[6] Eaton, A.D., Clesceri, L.S., Greenberg, A.E., Franson, M.A.H. (1966) Standard methods for the examination of water and wastewater. Am J Public Health Nations Health., 56(3): 387-388.

[7] Sun, H.F., Wang, H.W., Yuan, C.Y. (2013) Optimization of zinc-cadmium reduction method for determination of nitrate in seawater. Advanced Materials Research., 864-867: 1004-1007.

[8] Bella, G.D.,

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