印染生化尾水中残留色度及营养盐去除方法

2017-03-15 09:59:14 21

  当前,国内印染废水的处理普遍采用生化法。但随着日益严格的排放标准的出台,对印染废水的深度处理已势在必行〔1〕。目前,对印染废水的深度处理大多集中在强化絮凝、高级氧化、强化生物处理、膜分离等方面,以去除印染生化尾水中残存的污染物。其中,物化法虽然可达到较好的处理效果,但运行费用较高,难以推广〔2, 3〕;强化生物处理则可能存在尾水中残存污染物因接近传统生物处理的极限而使处理效果有限的问题。大量研究表明,沉水植物具有吸收水中氮、磷等物质的作用〔4, 5〕,并可提高水体透明度〔6〕,增加水体溶解氧〔7〕,防止水质恶化和藻类滋生〔8, 9〕,该类植物已广泛应用于改善水环境质量的生态修复。

  印染生化尾水的透明度低,水下光照强度较弱,不利于沉水植物的生长,直接应用沉水植物净化有困难。设置水下人工光源补光或许是一种可行的解决方法。已有研究表明,人工光源可以对陆生植物的生长发育〔10〕、光合特性〔11, 12〕、抗逆和衰老〔13〕等产生较大影响。其中,可通过调控光质使人工光源的光谱与植物光合作用的光谱的吸收峰值吻合,实现光合作用最大化,促进植物生长。但到目前为止,未见采用人工光源强化沉水植物的生长和处理印染生化尾水的报道。笔者研究了红光、蓝光、白光3种人工光源于晚间补光3 h条件下,金鱼藻和苦草2种典型沉水植物对印染废水生化尾水中色度、总磷及氨氮的去除效果,取得了较满意的结果。

  1 实验

  1.1 实验装置

  实验装置如图 1所示。

 图 1 实验装置示意

  该实验装置由不透光的塑料桶(半径25 cm,高70 cm)、2 L量筒(半径9 cm,高50 cm)、人工光源(LED灯管)和定时器组成。人工光源垂直安装在不透光的塑料桶中央,并与定时器相连,由定时器控制人工光源的启闭时间。

  1.2 实验材料

  沉水植物:金鱼藻和苦草,采自南京师范大学仙林校区采月湖。实验挑选生长状态良好的成熟植株,根、茎、叶、嫩芽齐全且性状统一。将实验所用沉水植物清洗干净,用自来水在实验条件下进行1周的适应性培养。

  实验光源:3种LED光源。红光,光谱范围620~770 nm;白光,光谱范围390~780 nm;蓝光,光谱范围420~500 nm。功率为9 W,灯管长度45 cm。

  实验水样:某印染园区的生化尾水,其水质:NH4+-N 7.0~8.5 mg/L,TP 1~2 mg/L,色度 35~40倍,COD 80~100 mg/L,BOD5 25~30 mg/L,SS 70~75 mg/L,pH 7.0~7.8。

  1.3 实验方法

  取实验水样2 L置于量筒中,以纱布包裹石子,并用尼龙绳将其与沉水植物的植株根部轻轻缠绕在一起后,缓缓沉入水样中,使沉水植物呈直立状 ,如图 1所示。实验共设4组,分别为补红光组、补蓝光组、补白光组和作为对照的无补光组。每组由4个量筒组成,设平行样,2个量筒种植金鱼藻,2个量筒种植苦草。日间,将实验量筒置于窗台边,接受自然光照;晚间,分别将它们放回不透光且安装有人工光源的塑料桶中,补光3 h(19:00~22:00)。实验周期为2周,实验中每日定时添加蒸馏水来补充蒸发的水分。实验开始后,分别在第3、5、7、9、11、13、15 天采集水样,分析色度、TP、NH4+-N等水质指标,并在实验开始和实验结束时,分别测定植物鲜重。

  色度采用分光光度法测定〔14〕;总磷采用钼酸铵分光光度法(GB 11893—1989)测定;氨氮采用纳氏试剂比色法(GB 7479—1987)测定;植物鲜重通过先吸干植株表面的水分,然后用天平测定。

  2 实验结果分析

  2.1 对印染生化尾水色度的去除效果

  3种人工光源补光条件下,金鱼藻和苦草对印染生化尾水中色度的去除效果如图 2所示。

 图 2 不同人工光源补光条件下金鱼藻和苦草对色度的去除效果
(a)金鱼藻(b)苦草

  由图 2(a)可知,补光可显著促进金鱼藻对印染生化尾水中色度的去除效果。其中,当停留时间为5 d时,红光补光的金鱼藻可将印染生化尾水色度从40倍降至8倍左右,色度去除率达到80.0%左右。由图 2(b)可知,当停留时间为5 d时,在各种人工光源补光条件下,苦草均可将印染生化尾水色度从40倍降至31倍左右,色度去除率仅为22.5%,补光可略微提高苦草去除水体色度的效果,但光质之间的差异不显著。

  对比图 2(a)和图 2(b)可以看出,金鱼藻对色度的降低要明显优于苦草,主要原因在于:一方面,苦草系宽叶沉水植物,金鱼藻系细叶沉水植物,后者的比表面积大,与水的接触面积较大,有利于物质的传递吸收;另一方面,金鱼藻为典型喜光阳性植物,生长速度较快,苦草为典型喜阴植物,生长速度比金鱼藻慢,使得苦草对水中物质的吸收较金鱼藻少。由此可见,补光对促进喜阳植物的污水脱色效果明显。

  2.2 对印染生化尾水总磷的去除效果

  3种人工光源补光条件下,金鱼藻和苦草对印染生化尾水中TP的去除效果如图 3所示。
 
图 3 不同人工光源补光条件下金鱼藻和苦草对TP的去除效果
(a)金鱼藻(b)苦草

  由图 3(a)可知,各种人工光源补光条件下,金鱼藻对印染生化尾水中的TP均有良好的去除效果,且明显优于不补光的效果。当停留时间为5 d时,补红光、补蓝光、补白光和无补光条件下,金鱼藻可将TP由初始的1.50 mg/L分别降为0.11、0.32、0.42、0.82 mg/L,TP去除率分别为92.6%、78.6%、72.1%、45.3%,处理效果整体表现为补红光>补蓝光>补白光>无补光。

  由图 3(b)可知,当停留时间为5 d时,补红光、补蓝光、补白光和无补光条件下,苦草可将TP由初始的1.50 mg/L分别降为1.03、1.16、1.26、1.32 mg/L,TP去除率分别为31.3%、22.6%、16%和12%,处理效果整体表现为补红光>补蓝光>补白光>无补光。

  与金鱼藻相比,苦草的TP去除率较低,主要原因也在于相对于金鱼藻,苦草的比表面积较小及生长速度较慢。

  2.3 对印染生化尾水氨氮的去除效果

  3种人工光源补光条件下,金鱼藻和苦草对印染生化尾水中NH4+-N的去除效果如图 4所示。

 图 4 不同人工光源补光条件下金鱼藻和苦草对NH4+-N的去除效果
(a)金鱼藻(b)苦草

  由图 4(a)可知,各种人工光源补光条件下,金鱼藻对印染生化尾水中的NH4+-N均有良好的去除效果,且略优于不补光的效果,其中,补红光的金鱼藻对NH4+-N去除速度最快。当停留时间为5 d时,补红光、补蓝光、补白光和无补光条件下,金鱼藻可将NH4+-N由初始的8.00 mg/L分别降为1.83、2.68、3.26、4.08 mg/L,NH4+-N去除率分别为77.1%、66.5%、59.2%和48.9%,处理效果整体表现为补红光>补蓝光>补白光>无补光。

  由图 4(b)可知,当停留时间为5 d时,补红光、补蓝光、补白光和无补光条件下,苦草可将NH4+-N由初始的8.00 mg/L分别降至4.66、5.36、5.48、5.94 mg/L,NH4+-N去除率分别为41.8%、33.0%、31.5%和25.8%,处理效果整体亦表现为补红光>补蓝光>补白光>无补光。

  与金鱼藻相比,苦草的NH4+-N去除率较低。

  2.4 各种光源条件下的沉水植物鲜重净增量

  在停留时间为15 d的实验结束时,各种人工光源条件下,金鱼藻及苦草的鲜重净增量见图 5。

 图 5 不同人工光源补光条件下金鱼藻和苦草鲜重净增量

  由图 5可知,采用人工光源补光的金鱼藻和苦草的鲜重净增量均高于无补光条件下的鲜重净增量,各种人工光源补光对沉水植物鲜重净增量的作用大小依次为补红光>补蓝光>补白光>无补光 。实验结果表明,采用人工光源补光促进了金鱼藻和苦草的生长,其中,红光和蓝光的促进生长作用更加明显。这也印证了植物光合作用主要以波长610~720 nm的红、橙光以及波长400~510 nm的蓝、紫光为吸收峰值区域〔15〕。

  此外,同样在补红光条件下,金鱼藻的鲜重增加量达到17.2 g,苦草鲜重增加量只有5.1 g,说明在光照充足的条件下,喜光阳性植物金鱼藻(光饱和点1 000 μmol·s/m2)的生长速度较快,喜阴植物苦草(光饱和点200 μmol·s/m2)的生长速度比金鱼藻慢〔16〕。由于人工光源促进了沉水植物的生长,进而强化了其对水中污染物质的吸收。具体参见污水技术资料更多相关技术文档。

  3 结论

  (1)人工光源补光条件下,金鱼藻和苦草对印染生化尾水中色度、TP和NH4+-N的去除效果均优于无补光组,表明人工光源补光对沉水植物的净化效果具有强化作用。

  (2)不同人工光源补光对沉水植物鲜重净增量的作用大小依次为补红光>补蓝光>补白光>无补光,与净化效果一致,表明不同光谱的光源对沉水植物的生长促进作用效果不同。红光和蓝光由于与沉水植物光合作用的光谱吸收峰值较吻合,其促进沉水植物生长的作用更加明显,更加强化了对水中污染物质的吸收。

  (3)红光辅助金鱼藻的净化处理效果最好,当停留时间为5 d时,可将印染生化尾水的色度从40倍降至8倍左右,TP从1.50 mg/L降为0.11 mg/L,NH4+-N从8.00 mg/L降为1.83 mg/L,色度、TP、NH4+-N去除率分别达到80.0%、92.6%和77.1%,处理出水达到地表水环境V类水标准(GB 3838—2002)。

电话咨询
客户案例
服务项目
QQ客服