（环境科学专业论文）染料在污泥试样上吸附富集及与其结构性关系研究.pdf

摘要 进行了吸附动力学的研究，研究结果表明，染料在污泥上的吸附行为符合 l a g e r g r e n 动力学方程。干污泥吸附除活性嫩黄k d 3 g 外，改性污泥除活性嫩黄 k d 一3 g 和碱| 生艳蓝b 外，都属于二级动力吸附。部分染料也符合级动力吸附 模型，但其相关性不如二级吸附好，因此，可以认为染料吸附属于二级动力学吸 附； 进行了干污泥吸附热力学的研究，试验结果表明，染料在污泥上的吸附行为 全部符合f r e u n d l i c h 型等温吸附，部分染料同时也符合l a n g u m i r 型等温吸附。 说明染料在于污泥上的吸附不是简单的化学单分子层吸附，而是物理、化学和生 物吸附综合作用的结果，是多层吸附； 研究探讨了浓度、温度对部分染料干污泥吸附性能的影响，结果表明，浓度 越高平衡吸附量愈大，吸附平衡时间愈短。提供浓度对吸附有利。而温度的变化 对平衡吸附量的影响较小，只是随着温度的升高，吸附平衡时间延长，低温有利 于吸附： 考查了影响吸附速率因素，干污泥和改性污泥吸附染料都存在孔内效应，具 有孔内效应染料数目，干污泥吸附少于改性污泥吸附的情况。同时，研究结果还 表明，孔内扩散不是唯一的吸附速度控制步骤： 碱性嫩黄0 、直接深棕m 、活性嫩黄x 一6 g 等分子较小的染料，吸附等温线为 反s 型等温线，是常见的物理物理吸附，在低压或低浓度时首先形成单分子层i 吸 附，随着压力或浓度的增加，逐渐产生多分子层吸附，表现为这类吸附的染料有： 而直接耐晒黄r s 、活性嫩黄k d 一3 g 、直接耐晒大红4 b s 等分子较大的染料等温吸 附表现为低浓度时是凸的，随着浓度的增加，由多层吸附逐渐产生毛细管凝结： 此外，多分支复杂结构染料活性艳红m 8 b 和直接耐晒蓝b 2 r l ，属于l a n g m u i r 等温吸附，是单分子层吸附，吸附以化学吸附主。 改性污泥吸附染料的去除率最好达到8 4 2 ，是碱性艳蓝b ，最低去除率是 活性嫩黄k d 一3 g ，去除率是3 2 2 ；干污泥去除率最好达到9 3 1 ，是碱性品 红，最低去除率是活性嫩黄x 一6 g ，为7 1 。总体上看，除个别染料，改性污泥 的平衡吸附量及去除率比干污泥要好，但吸附平衡时| - b j 较长。 从分子结构上看，非偶氮结构的、小分子的染料易被改性污泥吸附，吸附量 大，去除率高，而大分子的双偶氮染料不易被吸附；对于干污泥来说，对称结构、 摘要 极性弱的染料易被吸附，极性较强的染料不易被吸附。 以图论、分子拓扑学为基础，通过对分子结构进行的编码，建立分子结构新 型邻接矩阵和距离矩阵，用以计算分子连接性指数和自相关拓扑指数，使其训算 快速、准确，不易出错： 以量子化学软件g a u s s i a n 对染料分子结构进行优化，得到键长及键角，计 算得到分子的表面积和摩尔体积，并计算了分子能量；以l e o 碎片法为基础，汁 算了二十余种染料的辛醇水分配系数l o gp ，并把计算结果与文献值做了对比， 效果较好； 对分子结构参数和理化参数进行关联，通过回归分析及人工神经网络的方 法，建立定量吸附富集构效模型，使之能进行有关理化参数模拟和预测； 千污泥平衡吸附量模型： q 。= 1 8 4 3 3 + 1 2 6 8 1 0 9p + 1 7 2 7 6 x 5 b e 。一3 5 5 4 x 2 + o 1 4 1 d 2 0 9 4 s 改性污泥平衡吸附量模型： q e = 2 5 0 2 7 + 0 1 3 7 v 2 + 0 6 8 4 e 3 0 。7 8 7 e 6 千污泥吸附平衡时间模型： 1 t e ：5 8 7 5 6 5 1 5 0 7 1 0 9 p - 4 2 7 2 e h o m o + 2 6 2 1 e l u m o 改性污泥吸附平衡时问模型： t 。= 5 8 8 8 8 一l7 7 8 d 2 + 6 8 49 7 x s 0 3 确定了平衡吸附量b p 神经网络的网络结构为： 干污泥为：5 - 4 1 结构 改性污泥为：4 + 5 1 结构 设置误差增量a e r r o r 作为训练结束条件，有效地解决了人工神经网络过拟合 问题。b p 神经网络完成训练需循环约1 0 0 万次，耗时8 分钟。所有计算都进行 了软件设计，使计算快速准确，通用性好。 关键词：染料废水活性污泥吸附剂定量构效结构参数神经网络 a b s t la c l a b s t r a c t o no n eh a n d ，i tw i l lp r o d u c el a r g ev o l u m eo f h i g hc o n c e n t r a t i o nd y ew a s t e w a t e r i nt h ep r o c e s so f p r o d u c t i o na n du s a g eo fd y e s t u 仃t h ew a t e rb o d yp o l l u t i o nt h a tt h e d y e w a s t e w a t e rb r i n g sh a sb e c o m eo n eo ft h ee n v i r o n m e n t a lh o t s p o tp r o b l e m s o nt h e o t h e rh a n d ，i nt h em e a n t i m eo fw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，m u c hd i s c a r d e ds l u d g ei sm a d e i nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t s ，i tw i l lb r i n gt h es e c o n dp o l l u t i o ni fs l u d g ec a n tb e p r o p e r l y t r e a t e d d u et o t h i s ，i n t h i s t h e s i s ，w eu s e d i s c a r d e da c t i v a t e d s l u d g e p r o d u c e di nt h ec i t yw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tt og e ts o r b e n ta n dd os o m e r e s e a r c h o nt h ea d s o r p t i o no f d y e s t u f f w a s t e w a t e r w eu s et h em a t e r i a lo fd i s c a r d e da c t i v a t e d s l u d g e i nt h e c i t y w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t t om a k et h r e ek i n d so fs o r b e n t ，。t h e ya r e d r ya c t i v a t e ds l u d g e ， p y r o g e n a t e da c t i v a t e ds l u d g ea n dm o d i f i e da c t i v a t e ds l u d g e t h e n ，w eu s et h e mt o a b s o r bt w e n t yd i f f e r e n ts t r u c t u r a ld y e s t u f ft od or e s e a r c ho fa d s o r p t i o ne x p e r i m e n t ， c a r r yo ni n v e s t i g a t i o no f a d s o r b e n td y n a m i c sa n dt h e r m o d y n a m i c s ，d i s c u s sa d s o r b e n t m e c h a n i s m s e t t i n gu p a d s o r b e n ti s o t h e r m 、a d s o r b e n tv e l o c i t yc u r v e c h e c ka d s o r b e n t a f f e c t i o no ff a c t o r ss u c ha s t e m p e r a t u r e 、i n i t i a l i z e dc o n c e n t r a t i o n ，c o n f i r m t h e p a r a m e t e r s o fa d s o r b e n t e q u i l i b r i u m t i m e 、a d s o r b e n t q u a n t u m ， a n da d s o r b e n t v e l o c i t yc o n s t a n t ，e t c t h et h e s i si st o q u a n t m c a t i o n a l 】y d e s c r i b et h er e l a t i o nb e t w e e n d y e s t u f f m o l e c u l es t r u c t u r ea n da d s o r b e n t a b i l i t y b a s e do nm o l e c u l e a n a l y s i s s i t u s 、 s t r u c t u r e a b i l i t yr e l a t i o n s h i pb ys e t t i n gu pq u a n t u m r e l a t i v em a t h e m a t i c a lm o d e lu s i n g c “l a n g u a g ea n dm a k e t h em o d e ls o f t w a r e t h er e s e a r c ho u t c o m es u p p l ya c a d e m i c d i r e c t i o nf o rt h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c e i th a sl e a r n i n g v a l u ea n dp r a c t i c a b i l i t y i tp u t sap e r f e c tb a s i sf o rm a s t e r i n gn o w a d a y sa d v a n c e d a b s t r a c i k n o w l e d g e a n d d e v e l o p i n gp o s t e r i o rw o r kt h r o u g hr e s e a r c hi nt h i sf i e l d w e g e tt h et h e r e i n a f t e rp r o d u c t i o nb yd o i n g t h er e s e a r c hi nt h et h e s i s u s et h em a t e r i a lo fd i s c a r d e da c t i v a t e ds l u d g ei nc i t yw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t t om a k e d r ya c t i v a t e ds l u d g e ，p y r o g e n a t e da c t i v a t e ds l u d g ea n dm o d i f i e da c t i v a t e d s l u d g e w ec o n f i r m t h eb e s tc o n d i t i o nt og e ts l u d g es o r b e n tb a s e do na d s o r b e n ta b i l i t y a n ds o r b e n tc o m p a r a b l es u r f a c e p y r o g e n a t e ds l u d g e ：t a k ed r ys l u d g ea n dp y r o g e n a t e i ta t5 0 0 cf o ra nh o u rt og e ti t m o d i f i e ds l u d g e ：u s e4 m o l la c t i v a t e dr e a g e n t ( z n c l 2 ) t os o a kd r ys l u d g e ，p u ti ti nw a t e rb a t ha t8 0 。cf o r2 4h o u r s ，p y r o g e n a t ei ta t5 5 0 。c f o r a n h o u r t o g e t i t c a r r yo nt h er e s e a r c ho fa d s o r b e n td y n a m i c s ，i ts h o w st h a tt h ea d s o r p t i o no f d y e s t u f fb ys l u d g ea c c o r dw i t hl a g e r g r e nd y n a m i c se q u a t i o n d r ys l u d g ea d s o r p t i o n e x c e p tf o ra c t i v a t e db r i g h ty e l l o wk d - 3 g a n dm o d i f i e ds l u d g ea d s o r p t i o ne x c e r p tf o r a c t i v a t e db r i g h ty e l l o wk d 一3 ga n da l k a l i n eg a n d yb l u eb b e l o n g t ot h es e c o n dl e v e l d y n a m i c sa d s o r p t i o n s o m ed y e s t u f fa c c o r d w i t hf i r s tl e v e l d y n a m i c sa d s o r p t i o n m o d e l ，b u ti t sr e l a t i o n s h i pi sn o tg o o da st h a to f t h es e c o n dl e v e la d s o r p t i o n s o ，w e c a nc o n s i d e rt h ed y e s t u f fa d s o r p t i o na ss e c o n dl e v e la d s o r p t i o n c a r r y o nr e s e a r c ho fd r y s l u d g e a d s o r b e n tt h e r m o d y n a m i c s ，i ts h o w st h a t d y e s t u f fa d s o r p t i o nb ys l u d g e a c c o r dw i t hf r e u n d l i c hi s o t h e r ma d s o r p t i o n s o m e d y e s t u f fa d s o r p t i o nb e l o n g t ol a n g u m i ri s o t h e r ma d s o r p t i o n t h i sf a c ti l l u m i n a t et h a t d y e s t u f fa d s o r p t i o nb yd r ys l u d g ei s n o ts i m p l yt h ec h e m i c a lm o n o m o l e c u l a rl a y e r a d s o r p t i o n ， b u tt h e s y n t h e s i z e dp h y s i c a l ， c h e m i c a l a n d b i o l o g i c a l a d s o r p t i o n m u l t i l a y e ra d s o r p t i o n d i s c u s st h ee f f e c to fc o n c e n t r a t i o n ，t e m p e r a t u r ew h i c ha f f e c t s o m ed y e s t u f f a d s o r p t i o nb yd r ys l u d g e i ts h o w st h a tt h eh i g h e rt h ec o n c e n t r a t i o n ，t h em o r et h e b a l a n c e a b l e a d s o r p t i o n ，t h e s h o r t e rt h eb a l a n c e a b l e a d s o r p t i o nt i m e ，t h e m o r e a d v a n t a g et os u p p l yc o n c e n t r a t i o n b u tt h et e m p e r a t u r ec h a n g e h a sn o ts u c he f f e c tt o a b s t r a c t b a l a n c e a b l e a d s o r p t i o n ，j u s t w i t ht h e h i g h e r t h e t e m p e r a t u r e ，t h el o n g e r t h e b a l a n c e a b l ea d s o r p t i o nt i m e ，l o w t e m p e r a t u r e i sg o o df o ra d s o r p t i o n c h e c kt h ef a c t o r st h a ta f f e c ta d s o r b e n tv e l o c i t yb o t hd r ys l u d g ea n dm o d i f i e d s l u d g e h a v ei n n e r h o l e e f f e c t ，t h e y h a v ei n n e r b o r ee f f e c t d y e s t u f fa m o u n t t h e a d s o r p t i o no fd r ys l u d g ew a s n o ta sm u c ha sm o d i f i e ds l u d g e i nt h em e a n t i m e ，i ta l s o s h o w st h a ti n n e r b o r ed i f f u s i o ni sn o tt h eo n l yf a c t o rt h a ta f f e c t sa d s o r p t i o n v e l o c i t y t h eh i g h e s tr e m o v i n gr a t i oo fd y e s t u f f - a l k a l i n eg a n d yb l u eba d s o r p t i o n b y m o d i f i e ds l u d g ec a r lg e tt o8 4 2 。t h el o w e s to n ei sa c t i v a t e db r i g h ty e l l o wk d 一3 g a n dt h er e m o v i n gr a t i oo fi ti s3 2 2 t h eh i g h e s tr e m o v i n gr a t i oo fa l k a l i n ef n c h s i n b yd r ys l u d g eg e tt o9 3 1 ，t h el o w e s to n ei sa c t i v a t e db r i 曲ty e l l o wx 一6 ga n dt h e i e m o v i n gr a t i oo fi t i s7 1 o nt h ew h o l e t h eb a l a n c e da d s o r p t i o nq u a n t u ma n d r e m o v i n gr a t i oo f m o d i f i e ds l u d g ea r eb e t t e rt h a nt h o s eo f d r ys l u d g e 、b u tt h eb a l a n c e d a d s o r p t i o nt i m eo f t h ef o r m e ri sl o n g e rt h a nt h el a t t e r f r o mm o l e c u l es t r u c t u r e ，t h ed y e s t u f fw h i c hh a s n o n s u l p h o n a z os t r u c t u r ea n d s m a l lm o l e c u l ec a r lb ee a s i l ya d s o r b e db ym o d i f i e ds l u d g e i t sa d s o r p t i o nq u a n t u mi s b i ga n di t sr e m o v i n gr a t i oi sh i g h ，b u tt h eb i s a z od y e s t u f fw h i c hh a sb i gm o l e c u l e s t r u c t u r ec a n n o tb e e a s i l y a d s o r b e d t o d r ys l u d g e ，t h ed y e s t u f f w h i c hh a s s y m m e t r i c a ls t r u c t u r ea n dl o wp o l a r i t yc a nb ee a s i l ya d s o r b e d ，b u tt h ed y e s t u f f w h i c h h a s s t r o n gp o l a r i t yi sd i f f i c u l t l ya d s o r b e d s e tu pn e w p a t t e r nm o l e c u l es t r u c t u r ea d j a c e n c ym a t r i xa n dd i s t a n c em a t r i xb y c o d i n g t h em o l e c u l es t r u c t u r eb a s e do n g r a p ht h e o r ya n dm o l e c u l ea n a l y s i s s i t u s t h e n c o m p u t em o l e c u l ec o n n e c t i o ni n d e xa n da u t o r e l a t i v ea n a l y s i s s i t u si n d e x t om a k et h e c o m p u t a t i o nq u i c k a n de x a c t 。 o p t i m i z ed y e s t u f fm o l e c u l es t r u c t u r eb yq u a n t u mc h e m i s t r ys o f t w a r eg a u s s i a n t og e tb o u dd i s t a n c e 、b o n da n g l e ，、m o l e c u l es u r f a c e ，、m o o r ev o l u m ea n dm o l e c u l e e n e r g y v i a b s t r a c t c o m p u t ec a p r y l w a t e rd i s t r i b u t i o nc o e f f i c i e n tl o g po ft w e n t yk i n d so fd y e s t u f f b a s e do nl e of r a g m e n tm e t h o da n dc o m p a r et h ec o m p u t a t i o n a lo u t c o m ea n dl i t e r a t u r e v a l u et og e tt h eb e t t e re f f e c t r e l a t em o l e c u l es t r u c t u r ep a r a m e t e ra n d p h y s i c a la n dc h e m i c a lp a r a m e t e r , s e tu p q s a r m o d e l t h r o u g hr e g r e s s i o na n a l y s i sa n d a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r kt os i m u l a t ea n d p r e d i c tc o n c e r n e dp h y s i c a la n d c h e m i c a lp a r a m e t e r s t h em o d e l sa sf o l l o w s ： ( 1 ) d r ys l u d g eb a l a n c e a b l ea d s o r p t i o nq u a n t u mm o d e l ( 2 ) m o d i f i e ds l u d g eb a l a n c e a b l ea d s o r p t i o nq u a n t u mm o d e l ( 3 ) d r ys l u d g eb a l a n c e a b l ea d s o r p t i o nt i m em o d e l ( 4 ) m o d i f i e ds l u d g eb a l a n c e a b l ea d s o r p t i o nt i m em o d e l q c = 1 8 4 3 3 + 1 2 6 8 1 0 9p + 1 7 2 7 6 x s b e - 3 5 5 4 x 2 + o 1 4 1 d 2 0 9 4 s q c = 2 5 0 2 7 + 0 1 3 7 v 2 + 0 6 8 4 e 3 - 0 7 8 7 e 6 o = 5 8 7 5 6 5 1 5 。0 7 1 0 9 p - 4 2 7 2 e h o m o + 2 6 2 1 e l u m o h = 5 8 8 8 8 1 7 7 8 d 2 + 6 8 49 7 x s 0 3 c o n f i r mt h eb pn e u r a ln e t w o r ks t r u c t u r e d r ys l u d g e ：5 - 4 1s t r u c t u r e m o d i f i e d s l u d g e ：4 - 5 1 s t r u c t u r e ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) s e t u p e r r o ri n c r e m e n ta e g o ra n dm a k ei tt h e t r a i n i n g e n d c o n d i t i o n ，i t e f f i c i e n t l ys e t t l et h ep r o b l e mo f a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r kt oo v e r c o m ef i t t i n g i tn e e d c i r c l ea b o u to n em i l l i o nt i m e sa n dt a k ee i g h tm i n u t e st of i n i s ht r a i n i n g t h ew h o l e c o m p u t a t i o ni sd e s i g n e db ys o f t w a r et om a k e i tq u i c k ，e x a c ta n du n i v e r s a l k e yw o r d s ：d y e s t u f f w a s t e w a t e r a c t i v a t e ds l u d g es o r b e n t q u a n t u m s t r u c t u r e s t r u c t u r ep a r a m e t e rn e u r a ln e t w o r k 第一章前言 1 1 国内外研究概况 第一章前言 1 1 1 染料、印染工业废水的特点及其处理方法 含染料废水按来源来分，主要包括印染工业废水和染料生产废水。 染料工业【l _ 】的废水排放量很大，平均生产1 吨染料排放的废水量约为 3 0 1 0 0 吨。染料生产从原料、中间体到产品往往经过多个单元操作，生产工艺 复杂，工艺流程长，副反应多，转化率和产品收率低，同时染料工业具有品种多、 产量小，产品更新快等特点。在生产过程中，约有1 0 3 0 有机原料转移到废水 中，造成废水中存在大量的芳香族或稠环芳香族或杂环化合物。而染料生产过程 中耗用的大量无机酸、碱和无机盐约有9 0 转移到废水中，使得废水酸碱度变 化很大。因而染料工业废水成分非常复杂，不仅含有染料、染剌中削体及各种辅 料，还含有汞、镉、铬等重金属和无机盐类，废水有机物含量极高，而且大多为 含有硝基、氨基、氰基的有毒有色化合物，加之废水水质与组分多变，使得染料 工业废水成为浓度、色度、盐度高而生化处理性极差的有机工业废水。 纺织印染工业【2 5 】是用水量最大的行业之一，废水的排放量亦非常大，平均 印染加工1 吨织物的废水排放量大约为1 0 0 2 0 0 吨。印染废水包括了染印过程各 工序所排出的各类废水，随着加工原料和产品品种的不同，印染废水的性质和组 成变化很大，即使是同一工厂，由于原料和产品类型的不同，采用不同的染料、 药剂和生产工艺，导致废水组成也有很大差异。印染废水中含有染料、染色助剂、 浆料、表面活性剂、油脂、纤维素、果胶以及各种无机盐类、会属离子等，闲此 纺织印染废水具有色泽深、臭味大、c o d 含量高、成分复杂且多变的特t i ，含 有多种生物毒性大、难以降解的物质，可生化性差( b o d c o d 酸性染料、活性染料 中 性染料、直按染料 g r 离子染料。 王振东1 2 等用复极性固定床电解槽处理偶氮染料废水，在原水c o d2 0 0 0 m g l 、电压3 0 v 、停留时蚓2 h ，导电颗粒与绝缘颗粒体积比1 ：4 的条件下，色 度和c o d 去除率分别达到9 9 以上和7 8 4 9 7 2 。j a n k 1 0 l 等人研究了微电 解反应器对偶氮染料、络合染料的降解，发现微电解法对活性蓝、络合染料活件 4 第一章前高 艳绿有很好的脱色效果，出水近于无色透明，而且c o d 去除率可达5 0 以一l 。 4 吸附法 这种方法是将活性炭、粘土等多孔物质的粉木或颗粒与废水混合，或t r 废水 通过由其颗粒状物组成的滤床，使废水中的污染物质被吸附在多孔物质表面 ：或 被过滤除去。常用的吸咐剂有活性炭、树脂、高岭土、甲壳素、工业炉渣等。目 前，国外主要采用活性炭吸附法【53 1 ，该法对去除水中溶解性有机物非常有效，但 它不能去除水中的胶体和疏水性染料，它对阳离子染料、直接染料、酸性染料、 活性染料等水溶性染料具有较好的吸附性能。 研究表明，在p h = 1 2 的印染废水中，用硅聚物1 6 8 j ( 甲基硅氧烷) 作吸附剂， 阴离子染料去除率可达9 5 1 0 0 。高岭土【7 0 l 也是一种吸附剂，经长链有机阳离 子处理，高岭土能有效地吸附废水中的黄色直接染料。此外，国内外还有采用活 性硅藻土、活化煤、煤渣、新型吸附剂( 高分子聚合物) 【7 3 】等处理的印染工艺废 水，费用较低，脱色效果较好，其缺点是吸附剂激活困难，泥渣产生量大且处理 困难。 在染料废水的处理中，应用的活性碳一般为粒状活牲碳，它只能吸附水溶性 染料，不能吸附悬浮固体和不溶性染料，且对可溶性染料的吸附是有选择性。一 般来说，易吸收分子量大、非极性【删的染料，对不同染料脱色的顺序是：碱性染 l 料 酸性染料 直接染料 硫化染料。活性碳的孔径、染料的初始浓度、搅拌速 度影响着吸附效果。孔径的大小与被吸附物质分子的大小越相近，吸附力越大， 吸附效果越好。 5 膜分离法 膜技术是通过一种特殊的半透膜分离水中离子或分子的新型流体单元操作 技术，近十年来取得了令人瞩目的发展。常用的膜技术包括电渗析、超滤、微滤、 反渗透和纳滤。 目前，应用干染料废水处理的膜技术主要是超滤和反渗透。超滤膜1 技术 处理分散染料废水，脱色率为8 0 9 7 ，t o c 去除率为6 0 8 5 。通过刑 多孔炭膜2 8 1 处理染料水溶液进厅了研究，结果发现，炭膜对染料与水有很好的分 5 南开人学理学博卜学何论义 离效果，所考察的几种染料，其截留率为9 5 一9 9 ，水的渗透速率介于6 5 2 0 0 l ( r n 2 h m p a ) 之问。采用醋酸纤维素纳滤膜【i ，对染料厂提供的高盐度、 高色度、高c o d e r 的染料废水进行了处理试验研究，结果表明，纳滤膜技术能 有效截留废水中的染料和有机物，而废水的无机盐则几乎1 0 0 透过，膜对废水 的色度和c o d 的去除效果较好，膜技术可有效实现对高浓度、高色度、高c o d e r 的染料废水的处理。 6 生物法 生物法是利用微生物的作用来去除废水中溶解的和胶体状态的有机物的方 法，可分为好氧生物处理( 活性污泥法、生物膜法及氧化塘等) 和厌氧生物处理 两大类。生物处理法一般处理费用较低，耐冲击负荷能力较好，研究应用十分广+ 泛。目前国内外印染行业用生化处理的较多，是一种主要的处理手段。 染料废水中大部分有机物是可以生物降解 2 9 3 3 】的，即使是苯环结构，也能被 诺卡氏菌、环形小球菌分解，在辅酶h s c o a 的作用下，苯环裂解，分解为有机 酸，最终氧化为c 0 2 和水。由于染料废水b o d c o d 值较小，限制了微生物的 效能，故生物处理法c o d 去除率不高。在脱色方面，生物处理法对碱性染料和 含葸醌结构【3 2 , 3 3 】显色基的染料废水有一定的脱色作用，但一般说来，脱色率都不 高，约5 0 左右。 此外，焚烧法、湿式氧化法及超滤、微滤、反渗透等膜技术、离予交换、电 渗析及磁分离等技术也己开始在印染废水中应用。 总的来看，染料废水的脱色处理，由于经济等方面的原因采用单一方法往往 不能达到处理要求，此外，染料废水处理除色度，外还包括s s 、c o d 、b o d 等 多项指标要求，因此，采用组合方法是发展趋势。 1 1 2 吸附法应用 吸附法也是工业上常用的一种废水处理方法，这种方法是将吸附剂与废水混 合，或让废水通过由其颗粒状物质组成的滤床，使废水中的污染物质被吸附在多 孔物质的表面上或被过滤除去。常用的吸咐剂有活性炭、树脂、高岭土、甲壳素、 工业炉渣等。 6 第一章前言 吸附法是目前工业上处理印染废水的主要方法之一，它能去除废水中的色及 各种有机物，具有操作简单、占地少、效果好等优点。 吸附是利用多孔性固体吸附剂的表面吸附废水中的污染质，达到废水净化的 目的。吸附是一种界面现象，其作用发生在两个相的界面上。吸附剂具有吸附r ： 能的主要原因是由于吸附剂存在表面力，固体内部由于分子阳j 的相互作用，分子 之间的作用力在各个方向上都是均衡的，而表面分子情况却不同其受力是不平 衡的，存在一种对外界的吸引力，通常吸附剂常采用比表面积大的物质，如多孔 结构或粉状物质。在表面积一定的情况下，吸附剂要使其表面能减少，只能通过 表面张力的减少达到，若吸附质被吸附剂吸附后能使其表面能降低，那么该吸附 剂就能吸附这种物质。吸附剂和吸附质之间的作用力有三种，分子问力、化学键 力和静电引力，从而出现三种形式的吸附，物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。 1 生物吸附 。生物吸附是指微生物体对特定化学物质的摄取和积累，既包括生物污泥对溶 解性物质的吸附和吸收作用，也包括微细颗粒物质在污泥表面的吸着作用以及被 污泥絮体包裹的作用。 由于生物吸附不象生物降解，不会产生有毒的代谢产物，而且还有可能为染 料废水的大规模处理和回收提供一条经济可行的途径，因此越来越引起环保专家 的注意，各国研究者也己开始尝试用生物吸附的方法脱除染料废水色度，尤其是 水溶性染料如酸性和活性染料的色度去除。在染料的生物吸附脱色方面，瑞典学 者报道他们所用放线菌可通过生物吸附使染料脱色。从现有资料看，具有高效吸 附染料特性的菌株在细菌、酵母菌和真菌中均有分布。 黄民生1 4 6 】等用g c i 培养基从污泥中分离出高絮凝活性的微生物，所研制出 的微生物絮凝剂在c a o 的助凝作用下，对碱性染料的c o d 去除率达7 0 左右 对色度的去除率达9 2 。 从目前的研究看，具有高效吸附染料特性的菌株在细菌、酵母菌和真菌中均 有分布。h u 3 6 4 1 报道从纺织工厂土壤中分离的一株a e r o m o n a ss p 对红色染料r g 表现出很强的吸附脱色能力，吸附量达2 7 4 1 m g g ，而且吸附等温线符合 f r e u n d l i c h 模式，主要吸附位点存在于细胞壁上。小克银汉霉属c u n n i n g h a m e l l a 7 南开人学理学博十学位沦文 p o l y m o r p h a 对分散染料也表现出广谱的吸附脱色能力，在1 2 0 h 内可使1 7 种受试 分散染料的平均脱色率达到9 3 ；在5 0 0 m g l 下，可使分散绿6 0 的脱色率 达9 0 。肉色拟层孔菌则对阳离子染料表现出卓越的吸附性能，对所试的3 种阳离子染料的饱和吸附量分别达o r b g5 0 3i m g g 、o b g5 4 5 2 m g g 、o r g t l 6 4 3 9 m g g ，而且随着p h 的下降，吸附量也下降 1 。黑色曲霉对活性偶氮染料 p r o c i o nb l u em x g 的吸附作用更强，在1 2 0 h 的平衡时删内和酸性条件下可得到 9 9 的脱色率i j 。 徐文东【4 9 等报导了n a t 型生物絮凝剂对水溶液中几种典型染料的絮凝效果 及影响脱色的因素。水中的阳离子，如钙离子显著促进染料的絮凝，在1 0 0 m l 试验 染料溶液中，适宜的c a c l 2 量是0 , 7 。7 o m l ( 1 0 c a c l 2 溶液) 。每m l 菌液絮凝的染 料毫克数因染料而异，从o 7 到2 2 5 。对直接黑染料生产废水稀释液的脱色率为 6 0 左右。筛选出的6 株菌株，其菌液对染料的絮凝效果略有差别。 2 物理化学吸附 ( 1 ) 活。性炭吸附： 活性炭是最早应用也是迄今为止最优良的脱色吸附剂，通常活性炭由动物性 炭、木炭、沥青炭等含炭为主的物质经高温炭化和活化而成。活性炭表面及内部 都有细孔，而且是相互连通的网状空间结构，具有很大的比表面积。采用活性炭 可以有效去除废水中的活性染料、碱性染料、偶氮染料。对于水溶性的染料，吸 附速率快，脱色效果好。但由于易于饱和，不宜用于高浓度废水处理：对于不溶 性染料，由于它们的溶解度低，故吸附时间很长，活性炭对它们几乎完全不能吸 附或很少吸附：活性炭虽然吸附性能优良，但由于再生困难，成本高，不能真接 用于原始的印染废水处理，一般应用于浓度较低的染料废水处理或深度处理。对 于中小企业而言，往往需要价格便宜、原材料易得的吸附剂来处理废水。 国外的各种文献报道 9 0 - 9 5 1 指出，活性炭对分子量在4 0 0 左右的染料分予脱色 效果最为满意，对分子量小的染料吸附也较好，而对疏水性染料脱色效果较差。 一般来说，易吸附分子量大、非极性的染料，美、日 6 1 - 6 7 】进行