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光催化与微生物组合技术处理印染废水研究进展

文档作者：伍雁张新颖文档来源：福州大学环境与资源学		点击数：	更新时间： 2024年07月06日
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先催化与微生物组合技术处理印染废水研究进展
伍雁张新颖
(福州大学环境与资源学院福建福州350108)
摘要概述了印染废水水质特点以及单一技术(光催化技术、生物技术)处理印染废水的局限性。同时介绍了分段式光催
化与微生物组合技术和一体式光催化与微生物组合技术处理印染废水的研究进展以及组合技术在未来研究的方向。
关键词印染废水组合式光催化与微生物技术研究进展
中图分类号：X79 文献标识码：A 文章编号：1672—9064(2017)01—083—03
印染废水是指印染加工过程中各工序所排放的废水混
合而成的混合废水。主要包括预处理工序排放的退浆废水、
漂白废水、煮炼废水、丝光废水，染色阶段排放的染色废水，
印花阶段排放的印花废水和皂液废水．整理阶段的染整废
水。各工序排放的水质特点如表l所示。随着染料工艺的飞
速发展和各个工序技术的进步，新型助剂、染料、整理剂等在
印染行业中被大量使用，但难降解的有毒成分越来越多，有
些有机物甚至具有“三致”效应．对环境尤其是水环境的威胁
和危害越来越大。总体而言，印染废水水质成分复杂，COD
高，色度深，排放量大，详见表1。
表1 印染废水来源及废水水质特点
1单一技术处理印染废水的局限性
光催化技术主要是通过产生羟基、超氧自由基等强氧化
性自由基氧化芳香烃等各种难生物降解的有机物。但是自由
基氧化是无选择性的．而且产生的中间产物可能需要消耗更
多的自由基，因此要实现完全矿化能耗大而且也不实际。生
物处理主要是通过微生物的生命代谢活动去除污染物。由于
费用低、能耗小，生物处理技术被广泛运用于染料废水的处
理。其中好氧生物包括各种真菌、藻类，其通过吸附去除印染
废水中的染料。相反地．厌氧生物处理则是通过厌氧微生物
的酶促反应破坏染料的发色基团达到脱色效果。但是单独生
物处理耗时长，效率低，且厌氧处理产生的中间产物如苯胺，
其毒性甚至比进水染料危害大．抗生物降解。可见单一的处
理方法已不能满足当前印染废水排放的要求。
2分段式光催化与生物组合系统处理印染废水的研
究进展
早在1993年．S．T8naka【-]研究了光催化一厌氧消化降解
含有芳香烃的表面活性剂废水。其实验结果表明，光催化前
处理可以有效的增加废水的可生化降解性．减少表面活性剂
的毒性。与未进行光催化前处理相比。产甲烷菌的产甲烷景
增加了30％。50％：提出了光催化一微生物技术可以用于处理
成分复杂，难生物降解的废水。此后，Bmsillon。S伫】也证实了
采用光催化技术做为生物降解前处理技术的好处．该组合技
术(光催化氧化技术与生物处理)为处理印染废水提供了一
个新思路。Hu[3]等人通过光催化降解活性黄KD一3G、活性红
15、活性红24和阳离子蓝X—GRL，20．30nlin后其脱色率达
到90％，BOD，COD的比值从0增长到0．75。实验结果表明光
催化一微生物联合技术处理难降解印染废水是可行的。大量
研究也都验证了光催化氧化技术前置可以提高废水的可生
化性。光催化预处理技术主要是将成分复杂的有害物质进行
部分氧化产生易于生物降解的中间产物。这样就克服了单独
使用光催化技术处理印染废水费用高，能耗大的特点。光催
化技术做为生物处理的预处理技术．将有毒的难降解物质转
变成可生物降解的物质的一种组合方法将成为今后处理印
染废水的重要技术手段。王怡中[4】等采用光催化一生化联合
法处理甲基橙废水．认为光催化氧化和生物氧化对甲基橙都
有去除作用。光催化法对色度的去除作用和生物氧化法对溶
液COD去除作用分别显示出各自的优势．光催化法和生物
氧化法的联合可以起到互补的优势。谢翼飞【s]等采用光催
化一生化组合工艺处理印染模拟废水，脱色率达到94％。COD
去除率为94％。远比单独用光催化或生化处理优越。Chen[6]
利用光催化反应器一填充式生物反应器降解含有碱性紫的印
染废水，其中光催化降解2h后，去除了6l％的碱性紫，生化
性比值显著增加，减少后期生物处理的负荷。然而。对于一些
印染废水，本身就含有大部分可降解的有机物．光催化预处
理技术不但不能够提高废水的可生化性而且COD去除效果
不明显。于是，一些学者就提出了生物一光催化技术的组合．
通过生物处理将废水中的大部分可降解有机物去除．然后再
利用光催化技术氧化降解抗生物降解的污染物。Eceijmmn
D吖eci(7】等人采用组合式真菌膜反应器与光催化膜反应器处
基金项目：福建省省部共建能源与环境先催化国家重点实验室“光催化与微生物组合技术处理印染废水研究进展”(2014c05)
作者简介：伍雁(199肌)，女，福州大学环境与资源学院在读研究生，研究方向：水污染控制工程。
万方数据 刃77=~O．，．O
理印染废水．实验结果表明光催化降解的脱色率和COD去
除率分别为88％、53％。生物降解可获得56％的脱色率和
60％的COD去除率．生物降解一光催化氧化组合式技术的脱
色率和COD去除率达到了93％和99％。
3影响分段式光催化与微生物组合系统运行效率的
参数
合适的组合系统是技术与经济可行性发展的选择。无论
光催化技术做为前处理提高废水的可生化性。还是做为后处
理技术．减少前处理中未处理的有毒有害物质。使其达标排
放．组合式系统的最终目的是克服光催化技术与生物技术处
理印染废水的缺点。获得经济又高效的结果。因此，研究单独
光催化系统以及单独生化系统处理印染废水的特点以及运
行参数是非常重要的。
3．1 影响光催化技术运行的参数
光催化氧化技术中需要考虑的是光催化剂类型的选择、
光催化剂的固定化、光催化降解染料中间产物的鉴定、可生
化性测定和毒性分析。
(1)光催化剂类型的选择。众所周知，不同的光催化剂产
生的自由基活性物种是不一样的．光催化活性的强度也不一
样。近几十年来，由于如稳定性好、无毒性、活性高，大部分
学者都采用如处理印染废水。也有研究者通过对TiO：进行
改性。拓宽可见光的吸收范围，例如利用无机非金属C、N或
金属元素Fe、Er参杂进入Ti02，也有同其他半导体光催化剂
等进行复合。加强’I102可见光波长的吸收。
(2)光催化剂的固定化。光催化剂为纳米材料，后处理的
离心步骤耗费时间。增加废水处理的运行成本，因此考虑光
催化剂的固定是组合系统中必须解决的关键问题。固定光催
化剂载体主要分为无机载体、有机载体以及其他(膨润土、竹
炭、陶土等)。利用有机载体壳聚糖固定Ti02，其光催化稳定
性好。多次循环利用活性并没有显著减少。采用聚乙烯膜固
定Ti02也取得了很好的效果。也有利用机械强度好的沸石
进行催化剂的固定。
(3)中间产物的鉴定、可生化性测定和毒性分析。中间产
物的鉴定、可生化性测定和毒性分析这3者是紧密联系的。
未知中间产物主要是通过LC，GC—MS联用测定，毒性分析是
利用费希尔氏弧菌(Vi妯o 6scheIi)、大型潘(Da曲lIlia m样m)
和活性污泥的呼吸测定．可生化性则是采用活性污泥降解有
机物来分析(BOD，COD)。可生化性和中间产物的测定对光
催化前置是至关重要的．通过这些参数的分析可以严格控制
光催化降解污染物的时间．保证氧化反应不过氧化也不会氧
化不足。而对于光催化做为后处理技术，毒性测试是必要的，
这样才能保证水质达标排放且不危害水生环境。
3．2影响生物处理技术运行的参数
生化处理技术主要是反应器的选择，单一菌株还是混合
菌株的选择．好氧生物处理还是厌氧生物处理的选择。无论
选择何种生化处理，其中温度、DO、pH等因素都是影响生化
系统运行效果的重要因素。根据各工序阶段印染废水水质的
特点，选择合适的菌种、生化反应器，优化参数使生化效果达
到最大化。
虽然光催化与生物技术结合处理印染废水在小试试验
中取得了不错的研究效果．但是分段组合式处理技术在中试
试验以及实际运用中存在一定的局限性。
(1)控制光催化与微生物的紧密联系尚不能完全实现。
例如光催化降解时间参数的确定。照射时间不足，废水生化
性并未提高，影响后期生物处理效果；而辐射时间过长，光催
化降解染料产生的中间产物或许比原废水中的物质毒害性
更大。即使在小试试验中，通过不断地测试分析找出规律，选
择光照时间。但是反应器的扩大化以及实际废水进水水质的
波动都有可能影响光辐射时间参数的确定。且生化处理到什
么程度再进行光催化降解才可达到彻底去除的效果．效率的
问题往往带来科研的复杂化．也限制了组合方法的实际应
用。
(2)光催化的活性尚不能达到最优化。实际印染废水中
的各种阴离子、悬浮物以及其他化学物质的存在会降低光催
化剂的活性。研究表明，阴离子能够消耗光催化剂产生的活
性物种。悬浮物的存在会降低光催化剂对光的吸收，从而降
低光催化剂的活性。且光催化一般运用于低浓度废水的处
理，有学者认为高浓度会使光催化剂中毒，活性降低。
(3)光催化一微生物多步处理印染废水，工艺复杂、成本
高、耗时耗力。一步光催化结合一步生化技术处理实际印染
废水是远远不够的。
4一体式光催化与微生物组合技术处理印染废水的
研究进展
近几年来，一些新的组合式光催化与微生物处理废水技
术被提出。王磊【s]研究了光催化氧化与生物降解一体式内循
环反应器处理苯酚废水．具体采用的是二氧化钛薄膜与生物
膜组合为一体，反应器上部安装一块光催化板。为光催化区
域，而光催化板下部设有一蜂窝状陶瓷作为生物膜载体，为
生物反应区。废水首先经过光催化氧化后立即进入生化段。
生化降解后又马上再进行光催化的深度处理．这样反复循环
便可增大废水的的处理效率且占减少占地面积。吉林大学环
境与地下水资源重点实验室先后在Envim砌e11tal Sci曲ce＆
Technolo盯、Water Re8earch等期刊中发表了关于光催化耦合
生物处理苯酚废水的研究【9]。这种组合方式也为处理印染废
水提供思路。2012年Ij【10】等研究者开发了一种新型的耦合
式光催化一微生物技术处理染料废水。该组合系统主要是利
用孔隙发达的海绵通过光催化固定技术及微生物固定化．使
海绵载体内部附着大量微生物．而载体外部包裹着一层光催
化剂，最终实现光催化氧化与生物降解同时进行。一体式光
催化耦合生物降解染料克服了分段式组合技术的缺点．将成
为最具有潜力的处理复杂印染废水的技术手段。
5结束语
综上所述，分段式光催化与微生物组合处理印染废水过
程中还存在很多问题有待解决，例如难降解有机物的降解途
径，降解中间产物的成分、可生化性、毒性以及降解污染物动
力学特性等有待于深入研究。基于分段式光催化与微生物组
2017№．7I§
(下转第87页)
万方数据
薯l
聂麓
天敷^I
圈1 奥贝尔氯化沟与JU旧工艺水处理能耗对比
因运行能耗与处理水量规模的关联度较大。在单独运行Ⅱ期
AAO工艺的6个月内，9月与10月处理水量相对较少。与
2013年6月至7月运行奥贝尔氧化沟的日均处理水量基本
持平。故选取这两个月的实际水处理能耗数据进行比较。通
过比较可知，在相同水量规模的前提下，采用从O工艺水处
理能耗仅有oll49k’％，m3．而采用奥贝尔氧化沟的水处理能耗0．182k’删，较前者上升22．1％，与理论装机容量的比较
情况相吻合．进一步说明从O工艺的处理能耗低于奥贝尔
氧化沟工艺。详见表6所示。
根据以上分析．以2015年该厂全年处理水量2136×
lO气n3计算．采用AA0运行水处理能耗较奥贝尔氧化沟节省70488帆，以电价o-7元瓜矾计算，单水处理能耗便可节
裹6 2种工艺运行期间水处理月平均能耗情况
奥贝尔氧化沟(2013年) 从O(2015年)
时间处理水量电量单耗处理水量电量单耗
／×104m3／k珊I／(如n∥m3)／×10Im3／kWh／(k姗l，m3)
约电费49．34万元，经济效益较为可观。
4结论
本文通过对污水处理厂I期运行情况及存在问题、Ⅱ期
AA0工艺的运行情况进行了介绍．并将2种工艺的处理能
力和运行能耗等方面进行了较为详细的对比分析。结果表
明：Ⅱ期正式投运后，运行情况良好，各项出水水质指标达
标。因曝气方式、充氧效率的差异以及工艺段侧重点设置不
同．该厂采用奥贝尔氧化沟与AAO工艺在有机污染物
BOD5、COD、SS以及TN的去除能力上基本持平，在。口的去
除能力方面。奥贝尔氧化沟要好于AAO工艺，从O工艺对
NH卜N的去除能力略好于奥贝尔氧化沟工艺。采用从O工
艺的水处理能耗低于奥贝尔氧化沟工艺。
参考文献
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新进展．科技资讯，2007(32)
2王社平，李立军，程晓波，等．城市污水处理厂改良从0工艺除磷
效果影响因素分析及对策．水处理技术。2015(3)
(上接第84页)
合技术研究背景下。一体式光催化微生物组合系统处理印染5谢翼飞。李旭东．光催化与生化组合工艺联合处理染料废水研究．给
废水应运而生。由于其刚进入实验室研究阶段，尚有大量问粕酢水，2003，29(10)
题有待于研究。未来一体式光催化微生物联合法技术将会成6 ch∞，c·Y·，Y衄，s·H·，卸d chung，Y·c·c锄硫lalion 0f photolI嗽tor
为处理印染废水的重要手段。
皿d p∞ked bed b洒哪附for me啪哪l 0f eIhyl诎矗0m
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幽on肌d d既谳谢强0f 8m妇蚋in胚8既obic出蒯姚．W呶趾d pb咖列ytic妇e姗‘0r for。he删0f讪舳l
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3 Hu chⅧ南8ng Yizhong．Decolor蹦∞眦d biod常dabjlhy 0f矗嘲te咖—ing 0f ph删8 and biod蛔adad帆·w8ler R铭，
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