矿化垃圾水生植物床处理印染废水的初探

Posted 2023-01-12 垃圾

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〕用礦化垃圾作為水生植物床的基質代替基質中土壤的作用，分別選擇水葫蘆和空心蓮子草作為水生植物床的植物，制成了人工水生植物床，來嘗試處理染料水溶液制成的模擬印染廢水，并對比了染料在自然條件下的降解。
〔關鍵詞〕礦化垃圾﹔印染廢水﹔人工水生植物床
1引言
人工植物床具有出水水質穩定、基建和運行費用低、技術含量低、維護管理方便、耐沖擊負荷強、适于處理間歇排放的污水和具有美學价值等优點。人工植物床中的基質一般由土壤等构成，在自然土壤較為缺乏的情況下，國內開展了人工土壤植物床污水處理技術的研究[1-3]。礦化垃圾的物理性質近似于砂土，化學性質优于肥沃的土壤，并有較好的水力特性，當其用做污染物處理介質時，能提供极好的吸附交換條件和优良的微生物生命活動環境。礦化垃圾作為人工土壤植物床的基質來處理廢水，可能會取得良好的效果。染料在一般的自然條件下難于降解。
但是，印染廢水在通過濕地等自然處理系統后可以得到淨化，模仿濕地、天然植物床系統制成的人工植物床也可以用來處理印染廢水[6、7]。說明這類仿自然系統的條件不同于一般的自然條件，在染料的降解方面具有优勢。因此，筆者開展了礦化垃圾水生植物床處理印染廢水的初探。
2實驗裝置和實驗方法
2﹒1礦化垃圾植物床對模擬印染廢水的去除實驗
本實驗用礦化垃圾作為水生植物床的基質代替基質中土壤的作用，分別選擇水葫蘆和空心蓮子草作為水生植物床的植物，制成了人工水生植物床，來處理染料水溶液制成的模擬印染廢水。
2﹒1﹒1實驗材料
在上海市郊天然生長的水葫蘆、空心蓮子草中，挑選株体均勻健壯者。選取上海老港垃圾填埋場已填埋10年(1994年)的垃圾，對其進行簡單分選，所得的礦化垃圾細料用作實驗材料。取活性紫K-3R，陽离子桃紅X-FG，用自來水配置成20mg/L的溶液。
2﹒1﹒2實驗方法
礦化垃圾水葫蘆植物床處理活性紫溶液的試驗裝置如圖1所示。礦化垃圾的干重為5kg，在裝置中加入5L、20mg/L的活性紫水溶液，注入5ml植物營養液，并投入3株水葫蘆，模擬水葫蘆對水面的覆蓋。實驗以5d為一個進水周期，反复試驗3個周期。取樣前2h加入一定量清水，并輕輕攪拌混合，以補充前一天蒸發的水量。空白對比試驗中不加入礦化垃圾，其他條件均相同。

礦化垃圾空心蓮子草植物床試驗裝置如圖2所示。礦化垃圾的干重為5kg，將空心蓮子草的根部埋于礦化垃圾中，每桶約移植250g﹔在桶中加入2L、20mg/L的陽离子桃紅染料水溶液。實驗以5d為一個進水周期，反复試驗3個周期。取樣前2h加入一定量清水，并輕輕攪拌混合，以補充前1d蒸發的水量。滅菌對比試驗中，在加入礦化垃圾的同時，噴入100ml、50%的福爾馬林溶液滅菌，邊翻攪邊噴，以确保混合均勻，其
他條件均相同。無植物空白對比中，不移植空心蓮子草，其他條件均相同。

2﹒1﹒3分析方法
每天定時定點取多點水樣混合，測定溶液的濃度、pH值及色度。染料溶液的pH用玻璃電极法測定。染料溶液中染料的濃度采用分光光度法測定，用
光程為1cm的玻璃比色皿，以自來水為參比，在551nm波長測定活性紫的吸光度﹔在520nm波長測定陽离子桃紅的吸光度。以濃度的變化計算染料的去除率，去除率計算公式如1式﹕
η=[C0-Ce]/C0×100%
(1)
式中﹕η為染料去除率﹔C0為染料溶液初始濃度，mg/L﹔Ce為染料溶液反應后的濃度，mg/L。
2﹒2染料在自然條件下的降解對比實驗
2﹒2﹒1實驗方法
活性紫K-3R、陽离子桃紅X-FG，用蒸餾水配置成20mg/L的溶液，即用即配。分別將200mL活性紫水溶液、陽离子桃紅水溶液倒入棕色和白色試劑瓶中，蓋住瓶口(非密封)。然后，將用棕色試劑瓶盛裝的
染料水溶液放入冰箱中冷藏，溫度為4℃﹔將一組用白色試劑瓶盛裝的染料水溶液在室內放置，溫度為室溫(28～34℃)﹔將另一組用白色試劑瓶盛裝的放在室外，不帶任何遮蔽，溫度為室外溫度(3d溫度分別為﹕晴轉多云28～36℃，晴轉多云28～35℃，多云轉雷陣雨26～32℃，正值盛夏，基本滿足暴晒要求)，放置72h后取出。
2﹒2﹒2分析方法
每組實驗測定兩种染料溶液的pH和濃度。染料溶液的pH用玻璃電极法測定。染料溶液中染料的濃度采用分光光度法測定，用光程為1cm的玻璃比色皿，以蒸餾水為參比，分別在520nm波長測定陽离子桃紅水溶液的吸光度，在551nm波長測定活性紫水溶液的吸光度。以濃度的變化計算染料的去除率，染料去除率計算公式如1式﹔染料溶液pH的變化值計算公式如2式﹕
ΔpH=pHe-pH0
(2)
式中﹕ΔpH為pH的變化值﹔pH0為染料溶液起始pH值﹔pHe為染料溶液反應后的pH值。
3結果与討論
3﹒1礦化垃圾水葫蘆植物床對活性紫的去除
經測定，試驗期間气溫為23﹒5～33﹒3℃，有礦化垃圾的溶液中pH平均值為7﹒87。試驗中活性紫的去除率如圖3所示。

實驗結果表明，單純的水葫蘆對活性紫的去除率很低。這是因為，雖然水葫蘆根部對水中懸浮、分散和部分溶解的固体物質起著凝聚和吸附作用，使膠体、高分子等較易凝聚的物質很快從污水中凝聚沉淀下來而達到較高的去除，但對難凝聚的溶解性良好的物質只能少量去除。
以礦化垃圾為基質的水葫蘆植物床對活性紫有較高的去除率。和空白試驗對比﹕試驗第1d，礦化垃圾對活性紫水溶液的去除量很高，而后4d中的去除量略高于空白試驗。這說明在試驗初期，活性紫的去除可能主要是由于礦化垃圾對于染料的吸附作用。在試驗中后期，有礦化垃圾的情況下染料去除率略高于
空白情況，這說明礦化垃圾的存在給水葫蘆根部的微生物系統提供了更加适宜的生存和繁殖條件。
3﹒2礦化垃圾空心蓮子草植物床對陽离子桃紅的去除
經測定，試驗期間气溫為23﹒5～33﹒3℃，日照為10h/d，有植物的溶液中pH平均值為7﹒64，滅菌的溶液中pH平均值為7﹒43，無植物空白的溶液中的pH平均值為7﹒56。試驗中陽离子桃紅的去除率如圖4所示。

滅菌后的染料去除率均低于不滅菌的情況，這個實驗結果說明礦化垃圾水生植物床對染料的吸附作用并非簡單的物理化學吸附，而是帶有生物吸附作用。
無植物空白的染料去除率在前3d為最高，而在后兩天，有植物和無植物兩种情況下，染料的去除率差不多。這是由于陽离子桃紅在光照下有少量的去除，有植物的情況下植物遮蓋了陽光，所以總的染料去除率較無植物的情況低。而植物和礦化垃圾中微生物的協同作用促進了染料去除，所以在后2d，有植
物的情況下染料去除率赶上了無植物的情況。
3﹒3礦化垃圾水生植物床出水色度達標情況
在礦化垃圾水葫蘆植物床中，當進水濃度為20mg/L，進水量為2L，全天平均气溫在28℃以上，反應周期為5d時，活性紫的去除率在63%以上，体積負荷為1﹒586g/(m3&#8231；d)。
在礦化垃圾空心蓮子草植物床中，當進水濃度為20mg/L，進水量為2L，全天平均气溫在28℃以上，日照為10h/d，反應周期為5d時，陽离子桃紅的去除率在93%以上，出水色度達到國家一級排放標准，体積負荷為1﹒586g/(m3.d)。
3﹒4染料在自然條件下的降解

染料在自然條件下的降解對比實驗結果見表1。由此可見，陽离子桃紅水溶液在暴露于日光下的條件下，染料去除率達到6﹒01%，是本實驗的最高值。這說明一些染料的在光的單一作用下，也可以被去除，但去除率很低。并且，本實驗使用的陽离子桃紅在日晒下的染色堅牢度為4，而活性紫為6-9，所以在陽离子桃紅水溶液和活性紫水溶液在室外的染料去除率的不同也說明了二者耐晒性能的差异。染料在常溫下和低溫下的去除率都很低，則体現了染料在自然條件下難降解的性質。
在本實驗中，染料水溶液的pH值都變小了，這可能是因為溶液在放置的72h中吸入了空气中的酸性气体，如CO2、SO2等。
4結論
(1)以礦化垃圾為基質的水葫蘆植物床處理活性紫水溶液，染料去除率比無礦化垃圾空白試驗的去除率高出3倍。當進水濃度為20mg/L，進水量為2L，全天平均气溫在28℃以上，反應周期為5d時，活性紫的去除率在63%以上，体積負荷為1﹒586g/(m3&#8231；d)。
(2)以礦化垃圾為基質的空心蓮子草植物床處理陽离子桃紅水溶液，滅菌后的染料去除率均低于未滅菌的情況。未滅菌的情況下，當進水濃度為20mg/L，進水量為2L，全天平均气溫在28℃以上，日照為10h/d，
反應周期為5d時，陽离子桃紅的去除率在93%以上，出水色度達到國家一級排放標准，体積負荷為1﹒586g/(m3.d)。
(3)印染廢水在自然條件下的降解對比實驗說明染料在一般自然條件下難于降解。
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