邹海燕，袁梦仙，罗志华



微生物与亚铁共沉对印染废水的脱色效果

邹海燕，袁梦仙，罗志华

（江西农业大学 国土资源与环境学院，江西 南昌 330045）

为增加亚铁对染料废水的脱色率和减少相应的污泥处理费用，提出加入微生物与亚铁共沉处理印染废水。现利用微生物和亚铁离子共沉处理X3-B红活性染料人工配制废水，研究其脱色效果和具体反应条件。结果表明：（1）微生物能明显提高亚铁的脱色率。（2）pH值为9、微生物质量浓度为400 mg/L、染料质量浓度为8 mg/L条件下，亚铁离子质量浓度在10~180 mg/L，随亚铁离子浓度升高，脱色率从-32.86%升至85.51%。（3）pH值为9、微生物质量浓度为400 mg/L、亚铁离子质量浓度为180 mg/L条件下，染料质量浓度0~36 mg/L时，脱色率随染料浓度的增加而增加，从72.68%升至97.88%。研究结果有望为开发印染废水的脱色处理技术提供理论参考。

微生物；亚铁；印染废水；脱色率

印染废水成分复杂、有机物浓度高、色度深、难降解物质多。进入水环境会影响水体日光的透射，不利于水生物的生长。印染废水大部分偏碱性，进入农田，会使土地盐碱化；其中的硫酸盐在土壤的还原条件下可转化为硫化物，产生硫化氢，对土壤生物有毒害作用。对不同营养层次的生物都有一定的毒性[1]。有研究表明，偶氮染料废水污染灌溉水可导致水稻产量下降[2]。

化学凝聚法是目前常用的一种有效且实惠的脱色方法。硫酸亚铁是处理以活性染料为主的高碱性印染废水的最佳混凝剂[3]。工程实践和研究都表明亚铁离子和石灰一起共沉对活性染料的脱色处理效果好，但是加入石灰产生的污泥量比较多，需要适当增加对污泥脱水的处理能力，污泥的处理费用增加[4-5]。印染废水的污泥是危险废物，这进一步增加处理的难度和费用。

微生物絮凝剂对印染废水具有絮凝脱色效果[6-8]。现提出微生物絮凝和亚铁共沉处理印染废水。这个方法可以减少石灰的用量和相应的污泥处理费用。所用微生物在工程中本来是作为剩余污泥排放并需要处理处置的，能废物利用，且几乎不增加工程费用。

为了探索印染废水处理脱色方法，本研究应用印染企业废水生化处理工程中的微生物与亚铁共沉淀办法，针对X3-B红活性染料进行定量脱色效率分析，以期为开发印染废水处理技术，进一步降低印染废水对印染企业周边区域农业生态系统的风险。

1 材料与方法

以X-3B红活性染料溶于水，配制成不同梯度浓度，模拟不同污染程度的印染废水。微生物絮凝和亚铁共沉处理X-3B红活性染料模拟印染废水，研究其脱色效果。

1.1 试验材料与方法

主要药剂有氢氧化钠、七水合硫酸亚铁、X-3B红活性染料，均为分析纯。

微生物取自印染废水活性污泥法生化反应处理工程，内含废水生化处理系统中典型的丰富的细菌、真菌、原生动物和后生动物。其中占优势的多种细菌和微生物，具有促微生物本身絮凝体形成的功能，如属于动胶属的生枝动胶菌、蜡状芽孢杆菌、黄杆菌属、放线形诺卡氏菌、中间埃希氏菌、假单胞菌属、酵母菌及其原生动物，能分泌出具有粘着性的胶体物质，不仅使细菌互相粘接形成菌胶团，并对微小颗粒及其可溶性有机物也有吸附与粘接作用。

染料浓度采用分光光度法测试，仪器采用722可见分光光度计。

1.2 试验设计

为了探明微生物与亚铁共沉对印染废水的脱色效果，设计以下试验：

X-3B红活性染料吸收波长与吸光度标准曲线：以722可见分光光度计的不同波长，分别检测X-3B红活性染料最大吸收波长，明确吸收峰并计算染料浓度与吸光度相关性的标准曲线。

简单正交试验，初步确定投加微生物、亚铁、碱不同实验变量对不同浓度X-3B红活性染料脱色率的影响。实验条件如表1。微生物投加足够的量，因为考虑实际工程中是在企业就地利用废物，几乎不需要成本，根据工程经验，取400 mg/L。亚铁做浓度变化的定性影响，所以设两个不同浓度。根据文献，pH值越高，去除效率越高。但是pH太高，碱耗量大，反应完后再中和回调pH耗酸量大，这样会极大地增加成本，并且会带入大量的盐污染，所以不应取过高。另外pH为9时能保持微生物的活性和絮凝共沉能力，所以实验条件确定pH为9。

根据正交试验得出的结果，进一步设计两组定量试验：①染料为8 mg/L，pH值为9，微生物为400 mg/L，以亚铁离子含量为变量。②亚铁离子为180 mg/L，pH值为9，微生物400 mg/L，以染料浓度为变量。

通过以上试验，可以初步明确X-3B红活性染料吸收波长与吸光度标准曲线；进一步通过正交实验，明确改变某个变量后检测对脱色率影响的变化趋势；最后通过定量试验，分别明确微生物与亚铁共沉对印染废水的脱色效果。

1.3 数据处理

数据分析和作图用Excel进行。测定数据用Excel计算不同处理下应用分光光度计检测X-3B红活性染料不同浓度下吸光度的标准曲线。脱色率等于染料去除量除以总质量。根据各处理组测得吸光值，结合建立的不同X-3B红活性染料下的吸光度标准曲线，用以下公式计算脱色率：

2 结果与分析

2.1 X-3B红活性染料的吸收波长与标准曲线

经系列检测，明确X-3B红活性染料的最大吸收波长为540 nm。

在540 nm波长处，1~16 mg/L内，染料的吸光度与质量浓度成正比，系列浓度的吸收光谱求得的标准曲线为=0.015 1+0.000 5；2=0.999 9。标准曲线的相关系数0.999 9，大于0.999 0。本底0.000 5，小于0.030。两个指标都符合试验标准检测要求，所以可以用吸光光谱法分析X-3B红活性染料浓度及其脱色效果。

2.2 不同处理正交实验的脱色率

正交实验得到脱色率如表1所示。

表1 正交实验条件和结果

“+”为加，“-”为不加

从表1可以看出，1号样即单独投加40 mg/L亚铁离子对染料，没有去除效果，不能絮凝，并且吸光度反而增加，导致去除率为负值，可能由于亚铁离子本身增色。由1、2号对比可知，在投加40 mg/L亚铁的基础上加400 mg/L微生物，能明显改善脱色效果，去除率从-3.06%提高到11.29%。由2、3号对比可知，亚铁离子在pH为9的碱性条件下更有利于脱色。由3、4号对比可知，染料浓度提高，脱色率上升。有3、5号对比可知，亚铁离子浓度提高，脱色率提高。

2.3 不同亚铁离子浓度下的脱色率

微生物为8 mg/L，pH值为9，微生物400 mg/L，亚铁离子浓度为变量，结果如图1。

由图1可看出，当亚铁离子在10 mg/L时，去除率为-36.82%，推测是因为亚铁离子浓度太低，没有产生明显的絮状体且不能与微生物共沉而导致处理后的水色度浊度变高。在亚铁离子质量浓度在10~180 mg/L，随着亚铁离子浓度的增加脱色效果越好。推测随着亚铁离子的絮凝作用而脱色，当亚铁离子浓度越高，絮凝作用越强，从而脱色效果越好。脱色率从-32.68%升至85.51%。但是，当亚铁离子质量浓度达到180 mg/L之后，溶液呈现无色，基本都一样。推测是因为染料浓度比较低，色度基本被去除，再继续加亚铁离子已经无效。并且肉眼观察到的现象跟分光光度计测得的结果基本一致：前面是黄色越来也浅，后面是无色。当亚铁离子质量浓度在180 mg/L以上时，脱色率有所下降。可能是因为亚铁离子游离出来，本身的颜色增加了一点吸光度。

2.4 不同染料浓度下的脱色率

取亚铁离子质量浓度为180 mg/L，pH值为9，污泥质量浓度为400 mg/L。染料浓度为变量的试验，结果如图2所示。

由图2可以看出，染料质量浓度为4~36 mg/L，随着染料质量浓度的增大脱色效果越来越好，这是因为亚铁离子量足够，染料的量去除越多，脱色率越高。染料质量浓度为40~400 mg/L时，脱色效果没什么变化。推测是因为净化后的溶液呈现黄色，且越来越黄。虽然分光光度计上的吸光度越来越高，但是那时候所用的波长并不能准确的反映浓度。

图1 不同亚铁浓度下的脱色率

图2 不同浓度染料去除率

3 结论与讨论

此研究结果表明：（1）微生物能明显提高亚铁的脱色率。在投加40 mg/L亚铁的基础上加400 mg/L微生物，处理8 mg/L X-3B红活性染料配置的印染废水，去除率可以从-3.06%提高到11.29%。（2）在pH值为9且微生物质量浓度为400 mg/L的条件下，染料废水在不同亚铁离子浓度下脱色效果不同。在染料浓度为8 mg/L时，亚铁离子质量浓度在10~180 mg/L内，随亚铁随离子浓度升高，颜色黄色，且越来越淡；脱色率上升，从-32.86%升至85.51%；亚铁离子质量浓度大于180 mg/L以上时，脱色率在66.47%~83.03%波动。（3）在pH值为9、活性污泥浓度为400 mg/L、亚铁离子质量浓度为180 mg/L条件下，染料浓度不同时其脱色效果不同，其中在染料浓度小于36 mg/L时脱色效率随浓度的增加而增加，脱色率从72.68%升至97.88%。当染料浓度大于36 mg/L时，脱色率基本不变。

在本实验中，依据722可见分光光度计对系列浓度的X-3B红活性染料检测，明确了检测吸收峰与标准曲线，并通过正交实验明确了微生物和亚铁对印染废水有脱色效果。在定量实验中，每次只是控制一个变量来确定另一个的质量浓度对脱色效果的影响，建议进一步地深入研究可以系统考虑染料的浓度、微生物投加量、亚铁投加量三要素之间变化关系上做更详实的正交试验。

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[4] 王勇. NaOH和硫酸亚铁用于活性染料印染污水的脱色研究[J]. 节约资源与环保, 2011(1): 75-77.

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[6] 张蔚萍, 黄斌, 胡庆华. 微生物絮凝剂对印染废水的处理研究[J]. 九江学院学报(自然科学版), 2012(1): 1-5.

[7] 金漫彤, 沈学优. 微生物絮凝剂处理印染废水的技术研究[J]. 丝绸, 2004(12): 19-21.

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Decolorization Effects of Microbes and Ferrous Iron on Dyeing Wastewater

ZOU Hai-yan, YUAN Meng-xian, LUO Zhi-hua

(School of Land Resource and Environment, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China)

In order to increase the decolorization rate of dyeing wastewater under the effect of ferrous iron, and accordingly reduce the sludge treatment cost, it was proposed to adopt coprecipitation treatment by using microbes and ferrous iron to deal with dyeing wastewater. Such treatment was used to study the decolorization effect and specific reaction conditions in artificial X3-B red active dyeing wastewater. The results showed that: (1) microbes addition could obviously improve the decolorization rate of ferrous iron; (2) under the condition that pH value was 9, microbial concentration 400 mg/L, dye concentration 8 mg/L, and ferrous iron concentration within the range of 10-180 mg/L, the decolorization rate rose from -32.86% to 85.51% with the increase in ferrous iron concentration; (3) under the condition that pH value was 9, microbial concentration 400 mg/L, ferrous iron concentration 180 mg/L, and dye concentration 0-36 mg/L, the decolorization rate increased with the addition of dye concentration, rising from 72.68% to 97.88%. The current results are expected to provide a theoretical reference for the development of decolorization treatment technology for printing and dyeing wastewater.

microbes; ferrous iron; dyeing wastewater; decolorization rate

X703

A

2095-3704（2018）04-0322-04

10.3969/j.issn.2095-3704.2018.04.68

2018-11-02

2018-12-03

江西省自然科学基金项目（2008JQN0023）

邹海燕（1976—），女，讲师，主要从事水处理技术研究，16725766@qq.com。

邹海燕, 袁梦仙, 罗志华. 微生物与亚铁共沉对印染废水的脱色效果[J]. 生物灾害科学, 2018, 41(4): 322-325.