周琪1，趙由才2（1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏銀川 750021；2.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院、污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092）作者簡(jiǎn)介：周琪（1979-），女，寧夏人，碩士，主要從事固體廢棄物處理與資源化研究工作。
〔摘要〕用礦化垃圾作為水生植物床的基質(zhì)代替基質(zhì)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(lái)嘗試處理染料水溶液制成的模擬印染廢水，并對(duì)比了染料在自然條件下的降解。
〔關(guān)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(zhì)穩(wěn)定、基建和運(yùn)行費(fèi)用低、技術(shù)含量低、維護(hù)管理方便、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)、適于處理間歇排放的污水和具有美學(xué)價(jià)值等優(yōu)點(diǎn)。人工植物床中的基質(zhì)一般由土壤等構(gòu)成，在自然土壤較為缺乏的情況下，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了人工土壤植物床污水處理技術(shù)的研究[1-3]。礦化垃圾的物理性質(zhì)近似于砂土，化學(xué)性質(zhì)優(yōu)于肥沃的土壤，并有較好的水力特性，當(dāng)其用做污染物處理介質(zhì)時(shí)，能提供極好的吸附交換條件和優(yōu)良的微生物生命活動(dòng)環(huán)境[4]。礦化垃圾作為人工土壤植物床的基質(zhì)來(lái)處理廢水，可能會(huì)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(guò)濕地等自然處理系統(tǒng)后可以得到凈化[5]，模仿濕地、天然植物床系統(tǒng)制成的人工植物床也可以用來(lái)處理印染廢水[6、7]。說(shuō)明這類仿自然系統(tǒng)的條件不同于一般的自然條件，在染料的降解方面具有優(yōu)勢(shì)。因此，筆者開(kāi)展了礦化垃圾水生植物床處理印染廢水的初探。
2 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法
2.1礦化垃圾植物床對(duì)模擬印染廢水的去除實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)用礦化垃圾作為水生植物床的基質(zhì)代替基質(zhì)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(lái)處理染料水溶液制成的模擬印染廢水。
2.1.1實(shí)驗(yàn)材料
在上海市郊天然生長(zhǎng)的水葫蘆、空心蓮子草中，挑選株體均勻健壯者。選
2.1.2實(shí)驗(yàn)方法
礦化垃圾水葫蘆植物床處理活性紫溶液的試驗(yàn)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(yíng)養(yǎng)液，并投入3株水葫蘆，模擬水葫蘆對(duì)水面的覆蓋。實(shí)驗(yàn)以5d為一個(gè)進(jìn)水周期，反復(fù)試驗(yàn)3個(gè)周期。取樣前2h加入一定量清水，并輕輕攪拌混合，以補(bǔ)充前一天蒸發(fā)的水量。空白對(duì)比試驗(yàn)中不加入礦化垃圾，其他條件均相同。
圖1 礦化垃圾水葫蘆植物床裝置
礦化垃圾空心蓮子草植物床試驗(yàn)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(yáng)離子桃紅染料水溶液。實(shí)驗(yàn)以5d為一個(gè)進(jìn)水周期，反復(fù)試驗(yàn)3個(gè)周期。取樣前2h加入一定量清水，并輕輕攪拌混合，以補(bǔ)充前1d蒸發(fā)的水量。滅菌對(duì)比試驗(yàn)中，在加入礦化垃圾的同時(shí)，噴入100ml、50%的福爾馬林溶液滅菌，邊翻攪邊噴，以確保混合均勻[8]，其他條件均相同。無(wú)植物空白對(duì)比中，不移植空心蓮子草，其他條件均相同。
圖2 礦化垃圾空心蓮子草植物床裝置
2.1.3分析方法
每天定時(shí)定點(diǎn)取多點(diǎn)水樣混合，測(cè)定溶液的濃度、ph值及色度。染料溶液的ph用玻璃電極法測(cè)定。染料溶液中染料的濃度采用分光亮度法測(cè)定，用光程為1Cm的玻璃比色皿，以自來(lái)水為參比，在551nm波長(zhǎng)測(cè)定活性紫的吸亮度；在520nm波長(zhǎng)測(cè)定陽(yáng)離子桃紅的吸亮度。以濃度的變化計(jì)算染料的去除率，去除率計(jì)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(yīng)后的濃度，mg/L。
2.2染料在自然條件下的降解對(duì)比實(shí)驗(yàn)
2.2.1實(shí)驗(yàn)方法
活性紫K－3R、陽(yáng)離子桃紅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(yáng)離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(nèi)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(zhuǎn)多云28～36℃，晴轉(zhuǎn)多云28～35℃，多云轉(zhuǎn)雷陣雨26～32℃，正值盛夏，基本滿足暴曬要求），放置72h后取出。
2.2.2分析方法
每組實(shí)驗(yàn)測(cè)定兩種染料溶液的ph和濃度。染料溶液的ph用玻璃電極法測(cè)定。染料溶液中染料的濃度采用分光亮度法測(cè)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(zhǎng)測(cè)定陽(yáng)離子桃紅水溶液的吸亮度，在551nm波長(zhǎng)測(cè)定活性紫水溶液的吸亮度。以濃度的變化計(jì)算染料的去除率，染料去除率計(jì)算公式如1式；染料溶液ph的變化值計(jì)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(yīng)后的ph值。
3 結(jié)果與討論
3.1礦化垃圾水葫蘆植物床對(duì)活性紫的去除
經(jīng)測(cè)定，試驗(yàn)期間氣溫為23.5～33.3℃，有礦化垃圾的溶液中ph平均值為7.87。試驗(yàn)中活性紫的去除率如圖3所示[4]。
圖3 礦化垃圾水葫蘆植物床對(duì)活性紫的去除率與時(shí)間的關(guān)系
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單純的水葫蘆對(duì)活性紫的去除率很低。這是因?yàn)椋m然水葫蘆根部對(duì)水中懸浮、分散和部分溶解的固體物質(zhì)起著凝聚和吸附作用，使膠體、高分子等較易凝聚的物質(zhì)很快從污水中凝聚沉淀下來(lái)而達(dá)到較高的去除，但對(duì)難凝聚的溶解性良好的物質(zhì)只能少量去除。
以礦化垃圾為基質(zhì)的水葫蘆植物床對(duì)活性紫有較高的去除率。和空白試驗(yàn)對(duì)比：試驗(yàn)第1d，礦化
3.2礦化垃圾空心蓮子草植物床對(duì)陽(yáng)離子桃紅的去除
經(jīng)測(cè)定，試驗(yàn)期間氣溫為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(wú)植物空白的溶液中的ph平均值為7.56。試驗(yàn)中陽(yáng)離子桃紅的去除率如圖4所示[4]。
圖4 礦化垃圾植物床中陽(yáng)離子桃紅的去除率與時(shí)間的關(guān)系
滅菌后的染料去除率均低于不滅菌的情況，這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明礦化垃圾水生植物床對(duì)染料的吸附作用并非簡(jiǎn)單的物理化學(xué)吸附，而是帶有生物吸附作用。
無(wú)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(wú)植物兩種情況下，染料的去除率差不多。這是由于陽(yáng)離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(yáng)光，所以總的染料去除率較無(wú)植物的情況低。而植物和礦化垃圾中微生物的協(xié)同作用促進(jìn)了染料去除，所以在后2d，有植物的情況下染料去除率趕上了無(wú)植物的情況。
3.3礦化垃圾水生植物床出水色度達(dá)標(biāo)情況
在礦化垃圾水葫蘆植物床中，當(dāng)進(jìn)水濃度為20mg/L，進(jìn)水量為2L，全天平均氣溫在28℃以上，反應(yīng)周期為5d時(shí)，活性紫的去除率在63%以上，體積負(fù)荷為1.586g/（m3‧d）。
在礦化垃圾空心蓮子草植物床中，當(dāng)進(jìn)水濃度為20mg/L，進(jìn)水量為2L，全天平均氣溫在28℃以上，日照為10h/d，反應(yīng)周期為5d時(shí)，陽(yáng)離子桃紅的去除率在93%以上，出水色度達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，體積負(fù)荷為1.586g/（m3.d）。
3.4染料在自然條件下的降解
表1 染料在自然條件下的降解
礦化垃圾水生植物床處理印染廢水的初探
染料在自然條件下的降解對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1[4]。由此可見(jiàn)，陽(yáng)離子桃紅水溶液在暴露于日光下的條件下，染料去除率達(dá)到6.01%，是本實(shí)驗(yàn)的最高值。這說(shuō)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(shí)驗(yàn)使用的陽(yáng)離子桃紅在日曬下的染色堅(jiān)牢度為4，而活性紫為6-9，所以在陽(yáng)離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(shuō)明了二者耐曬性能的差異。染料在常溫下和低溫下的去除率都很低，則體現(xiàn)了染料在自然條件下難降解的性質(zhì)。
在本實(shí)驗(yàn)中，染料水溶液的ph值都變小了，這可能是因?yàn)槿芤涸诜胖玫?2h中吸入了空氣中的酸性氣體，如CO2、SO2等。
4 結(jié)論
（1）以礦化垃圾為基質(zhì)的水葫蘆植物床處理活性紫水溶液，染料去除率比無(wú)礦化垃圾空白試驗(yàn)的去除率高出3倍。當(dāng)進(jìn)水濃度為20mg/L，進(jìn)水量為2L，全天平均氣溫在28℃以上，反應(yīng)周期為5d時(shí)，活性紫的去除率在63%以上，體積負(fù)荷為1.586g/（m3‧d）。
（2）以礦化垃圾為基質(zhì)的空心蓮子草植物床處理陽(yáng)離子桃紅水溶液，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(dāng)進(jìn)水濃度為20mg/L，進(jìn)水量為2L，全天平均氣溫在28℃以上，日照為10h/d，
反應(yīng)周期為5d時(shí)，陽(yáng)離子桃紅的去除率在93%以上，出水色度達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，體積負(fù)荷為1.586g/（m3.d）。
（3）印染廢水在自然條件下的降解對(duì)比實(shí)驗(yàn)說(shuō)明染料在一般自然條件下難于降解。
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