邱文杰，吳卓煌，楊慧明，林文燕，羅文凱

（韓山師范學(xué)院化學(xué)系，廣東潮州521041）

工業(yè)水處理

改性廢陶瓷碎處理模擬印染廢水的研究*

邱文杰，吳卓煌，楊慧明，林文燕，羅文凱

（韓山師范學(xué)院化學(xué)系，廣東潮州521041）

印染廢水由于其水質(zhì)特點(diǎn)一直是廢水治理的難點(diǎn)和重點(diǎn)。通過對(duì)改性的廢陶瓷碎的研究，將其應(yīng)用于有機(jī)模擬廢水實(shí)驗(yàn)，廢水中的有機(jī)物質(zhì)絕大部分能被吸附。當(dāng)對(duì)一定濃度甲基紅模擬廢水進(jìn)行吸附處理后，甲基紅去除率達(dá)58.13%；通過固載微生物后，更能有效的使吸附并降解，去除率達(dá)到80.12%。改性廢陶瓷碎對(duì)模擬有機(jī)廢水的處理效果良好，表明研制的改性廢陶瓷碎不僅具有十分優(yōu)越的資源再利用性，而且對(duì)難降解的有機(jī)廢水處理也具有良好的效果。

廢陶瓷粉末；活性污泥；甲基紅模擬廢水

由于大量陶瓷垃圾嚴(yán)重污染環(huán)構(gòu)成環(huán)境安全隱患。據(jù)估算，目前潮州市年產(chǎn)廢瓷20萬t以上，特別是衛(wèi)生潔具陶瓷，大多數(shù)中小陶瓷企業(yè)由于種種原因，目前只能任由廢瓷成為陶瓷垃圾隨同生活垃圾一道運(yùn)往填埋場處理，因而也造成了大量的瓷土資源浪費(fèi)。礦產(chǎn)資源開發(fā)利用不當(dāng)，必定會(huì)加大對(duì)資源的消耗，資源市場供需矛盾將會(huì)日益突出，對(duì)環(huán)境的壓力也將越來越大。我們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置以及高效率的利用廢陶瓷，經(jīng)過研究探索，發(fā)明了一種能用于大規(guī)模制備的改性廢陶瓷碎并與生物活性酶的結(jié)合共同用于廢水處理研究，研究表明已制改性廢陶瓷碎具有發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)，表面多孔,有較大的比表面積,因此對(duì)類似染料廢水的偶氮染料（甲基紅）具有很強(qiáng)的吸附作用和較大的吸附容量，經(jīng)過固載生物活性酶后，利用微生物的分解作用，將吸附于顆粒中的有機(jī)物質(zhì)降解，從而達(dá)到循環(huán)利用的目的，可以作為常規(guī)水處理中的吸附劑或填料，從而降低處理廢水的成本，改善廢水處理的工藝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料：廢陶瓷粉末（經(jīng)過高速研磨）、陶土、淀粉（造孔劑）、小蘇打（增孔劑）、活性污泥；

實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備：高速萬能粉碎機(jī)（FM-100）、電子天平（FA2104N）、PH計(jì)（PHS-3C型）、恒溫槽、722N可見分光光度計(jì)、高速離心機(jī)（7DL80-2B型）、增氧機(jī)；

實(shí)驗(yàn)試劑：甲基紅、乙醇（分析純）；

實(shí)驗(yàn)水樣：甲基紅模擬廢水的質(zhì)量濃度4×10-6g/mL。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 廢陶瓷的改性

將廢陶瓷用粉碎機(jī)高速研磨成粉末，并將粉末過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，收集并作為實(shí)驗(yàn)原料。用高速萬能粉碎機(jī)（FM-100）將陶土研磨成粉末，并將粉末過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，收集并作為實(shí)驗(yàn)原料。按廢陶瓷與陶土質(zhì)量比例（4︰1，7︰3）將2種物質(zhì)混合均勻（見表1），再用水進(jìn)行調(diào)和，成型后經(jīng)過1 200℃以上高溫?zé)疲⒎鬯槌尚☆w粒。

表1陶土的配制Table 1The Formulating of Potter’s Clay

1.2.2多孔陶瓷吸附料的吸附性能研究

通過一系列甲基紅模擬水樣實(shí)驗(yàn)確定甲基紅的最大吸收波長為515 nm，用分光光度法測定甲基紅溶液經(jīng)過新制陶瓷顆粒吸附后的吸光度，推算出甲基紅濃度的變化，以此來判斷新制陶瓷顆粒吸附能力的大小。

吸取2 mL的甲基紅標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.01%），并用乙醇（分析純）稀釋至50 mL容量瓶中，配成濃度為4×10-6g/mL的甲基紅稀釋溶液。將各種配比的陶瓷顆粒置于編號(hào)為1～10號(hào)的250 mL錐形瓶中，各吸取50 mL稀釋后的甲基紅溶液加入錐形瓶，搖勻后分別靜置30，60，120 min后，用高速離心機(jī)在2 500 r/min的轉(zhuǎn)速下將溶液離心分離后取各上清液，置于根據(jù)表1中各種配比的陶瓷顆粒中，比較經(jīng)過實(shí)驗(yàn)后的吸附效果，可得出吸附效果最佳的配比是80%的陶瓷顆粒，造孔劑40 g，增孔劑0.24 g。此配比的陶瓷顆粒吸附性能實(shí)驗(yàn)，改變吸附時(shí)間，甲基紅濃度變化與去除率結(jié)果見圖1、圖2。

1.2.3 多孔陶瓷吸附料吸附酶的研究

實(shí)驗(yàn)室中的活性污泥的培養(yǎng)采用靜態(tài)培養(yǎng)：取廚房下水道淤泥，按照一定營養(yǎng)比例添加部分廢水和營養(yǎng)物質(zhì)，利用家庭中金魚養(yǎng)殖的增氧機(jī)進(jìn)行曝氣，定期換水。

活性污泥的培養(yǎng)與馴化步驟：按無機(jī)鹽配料表精確稱取干污泥60 g，KNO30.059 g，MgSO40.012 g，NaCl 0.059 g，K2HPO40.935 g，NH4Cl 0.059 g倒入小燒杯中，加200 mL自來水充分?jǐn)嚢枞芙?；將污泥加? 000 mL大燒杯中，并將溶解的無機(jī)鹽溶液一并加入其中，然后加入廢水；測溶液的pH值，并調(diào)節(jié)其至6.5～7.5之間，維持溫度為20～25℃；啟動(dòng)增氧機(jī)，對(duì)培養(yǎng)液進(jìn)行通氧；調(diào)節(jié)通氧量，持續(xù)曝氣5 h；觀察活性污泥增長情況，觀察到菌膠團(tuán)大量密實(shí)出現(xiàn)，停止曝氣，靜置使污泥充分沉淀；倒出上清液，補(bǔ)加30 g干污泥和1 000 mL廢水；重復(fù)步驟5、6，停止曝氣后靜置使之充分分層，倒出上清液；棄去部分分層不好的污泥,補(bǔ)加30 g干污泥，60 mL廢水，重復(fù)步驟6、7，馴化周期為5 d。

1.2.4 固載生物活性酶的應(yīng)用效果研究

觀察經(jīng)過微生物分解后陶瓷顆粒再吸附的效果：取出經(jīng)過吸附后的陶瓷顆粒，加入到培養(yǎng)好的活性污泥中，放置在通風(fēng)處使顆粒中的甲基紅被微生物充分降解后，將此陶瓷顆粒取出后，再次放入濃度為4×10-6g/mL甲基紅溶液50 mL置于250 mL錐形瓶中，振蕩吸附時(shí)間為50 min，然后把吸附后各溶液用高速離心機(jī)在轉(zhuǎn)速為2 500 r/min下離心分離，取各上清液在波長為515 nm處測吸附后溶液的吸光度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 陶瓷用量對(duì)甲基紅去除率的影響

移取2 mL甲基紅標(biāo)準(zhǔn)溶液，置于50 mL容量瓶，用乙醇定容后置于250 mL錐形瓶中，配成濃度為4×10-6g/mL的甲基紅稀釋溶液。改變多孔陶瓷顆粒用量，振蕩吸附60 min，把吸附后各溶液用高速離心機(jī)（最大轉(zhuǎn)速為4 000 r/min）在轉(zhuǎn)速為2 500 r/min下離心分離，取各上清液用分光光度計(jì)在波長為515 nm處測定吸光度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3、圖4。

由圖3可知，其它條件相同的情況下，隨多孔陶瓷顆粒用量的增加，吸附后模擬廢水濃度迅速下降；當(dāng)用量達(dá)1.4 g以上（包括1.4 g）時(shí)，吸附后模擬廢水濃度變化趨于平緩，表明1.4 g時(shí)模擬廢水吸附達(dá)到飽和。由圖4可知，隨多孔陶瓷顆粒用量的增加，模擬廢水去除率不斷上升，當(dāng)達(dá)到于58.13%時(shí)趨于平衡，說明吸附基本達(dá)到平衡。所以為保證實(shí)驗(yàn)過程中有較好的處理效果同時(shí)節(jié)約吸附劑用量，試驗(yàn)選擇多孔陶瓷用量為1.4 g。

2.2 吸附時(shí)間對(duì)甲基紅去除率的影響

移取濃度為4×10-6g/mL的甲基紅溶液50 mL置于250 mL錐形瓶中，取多孔陶瓷顆粒1.4 g，改變接觸時(shí)間，進(jìn)行振蕩吸附，然后把吸附后各溶液用高速離心機(jī)在轉(zhuǎn)速為2 500 r/min下離心分離，取各上清液在波長為515 nm處用分光光度計(jì)測定吸光度。結(jié)果見圖5。

由圖5可知，多孔陶瓷顆粒對(duì)甲基紅溶液的吸附隨接觸時(shí)間的延長，甲基紅的去除率增大。當(dāng)接觸時(shí)間大于50 min時(shí)，甲基紅去除率可達(dá)58.13%以上。因此振蕩吸附時(shí)間為50 min。

2.4 吸附后的多孔陶瓷顆粒經(jīng)過固載生物活性酶對(duì)甲基紅吸附效果

經(jīng)過微生物處理后的多孔陶瓷顆粒對(duì)濃度為4×10-6g/mL甲基紅溶液的處理效果，對(duì)質(zhì)量為1.40 g改性廢陶瓷碎的再生性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2生物活性酶固載前后甲基紅吸附效果比較Table 2The comparation between the result of absorbing red methylbeforeandafterbeingfixedlivingbeingsactive enzyme

將吸附后的多孔陶瓷顆粒在活性污泥中固載生物活性酶后隨時(shí)間的變化，甲基紅去除率逐漸增大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。

改性的廢陶瓷碎經(jīng)過固載生物活性酶后，甲基紅濃度明顯降低，具有很高的去除效果，而沒固載生物活性酶的改性的廢陶瓷碎達(dá)到58.13%時(shí)就基本沒有吸附效果。

3 結(jié)論

（1）由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出多空陶瓷顆粒配比為80%的陶瓷顆粒，造孔劑40 g，增孔劑0.24 g的吸附效果是最佳的。

（2）多孔陶瓷顆粒對(duì)甲基紅具有較強(qiáng)的去除作用，對(duì)濃度4×10-6g/mL甲基紅廢水進(jìn)行吸附處理后，甲基紅去除率達(dá)58.13%，有較好的去除效果。

（3）多孔陶瓷顆粒是一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)的吸附劑，用于有機(jī)染料廢水的處理，方法簡便，易于操作，因此具有一定的實(shí)用性，并且可作為生物接觸氧化法的載體（俗稱填料），具有一定的開發(fā)利用價(jià)值。

[1]橋本獎(jiǎng).新活性污泥法[M].李至?xí)r,譯.北京:學(xué)術(shù)書刊出版社，1990.

[2]李方文，吳建鋒，徐曉虹，等.應(yīng)用多孔陶瓷濾料治理環(huán)境污染[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，16（7）：112-117.

[3]王佳蕾，趙地順，陳娟，等.沸石的性能及在廢水治理中的應(yīng)用[J].河北化工，2007，30（4）：58-62.

[4]王士龍，張虹，柯亞萍，等.用陶粒處理含鋅廢水[J].污染防治技術(shù)，2002（3）：23-25.

[5]徐曉虹，邸永江，吳建鋒，等.利用固體廢棄物制備多孔陶瓷濾球的研究[J].陶瓷學(xué)報(bào)，2003，24（4）：197-200.

[6]翟風(fēng)瑞.多孔陶瓷材料及其應(yīng)用前景[J].紅河學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，3（3）：22-25.

[7]李方文，吳建鋒，徐曉虹，等.應(yīng)用多孔陶瓷濾料治理環(huán)境污染[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，16（7）：112-117.

[8]楊健，杜文華.馴化活性污泥處理明膠有機(jī)廢水的實(shí)驗(yàn)[J].環(huán)境污染與防治，2000，22（1）：28-30.

[9]橋本獎(jiǎng).新活性污泥法[M].李至?xí)r，譯.北京：學(xué)術(shù)書刊出版社，1990.

[10]韓復(fù)興.陶瓷廠廢料生產(chǎn)多孔陶瓷的研究[J].陶瓷研究，2002（1）：24-27．

[11]左鐵鏞.材料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)[J].蘭州大學(xué)報(bào)，1996，32：1-9．

[12]沈耀良，王寶貞.廢水生物處理技術(shù)[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1999．

[13]陳月芳，宋存義，汪莉，等.新型生物沸石填料在污水深度處理中的應(yīng)用研究[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28（10）：921-925.

[14]張曉霞，山玉波，李伶.多孔陶瓷的制備與應(yīng)用[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2005（4）：37-41.

[15]趙增迎，黃成華.沸石吸附廢水中磷污染物的研究[J].環(huán)境保護(hù)，2005，30（5）：5-7.

[16]王廣金，褚良銀，楊平，等.固定化微生物技術(shù)及其在廢水處理中的應(yīng)用[J].重慶環(huán)境科學(xué)，2003，25（12）：171-175.

[17]王志海，魏宏斌，賈志宇，等.活性污泥法處理甲醛廢水的試驗(yàn)研究[J].中國給水排水，2009，25（1）：86-88.

[18]王國惠.環(huán)境工程微生物學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：73-77.

[19]李陳，周忠華.氨氮廢水處理中活性污泥的培養(yǎng)[J].工業(yè)水處理，2008，28（1）：83-85.

[20]王琪，郭立坤.活性污泥-粉末活性炭-生物再生法處理石灰法半化學(xué)草漿廢液厭氧出水的研究[J].中國環(huán)境科學(xué)，1993，13（4）：311-316.

[21]羅鵬安，吳志超.沸石聯(lián)合生物作用處理焦化廢水的研究[J].工業(yè)水處理，2004，24（5）：21-24.

Research on Treatment of Simulation Dying Wastewater by the Modified Waste Ceramics Fragments Process

QIU Wen-jie，WU Zhuo-huang，YANG Hui-ming，LIN Wen-yan，LUO Wen-kai
（Chemistry Department，Hanshan Normal University，Guangdong Chaozhou 521041，China）

Treatment of dying wastewater is always difficult because of its characteristics.In this paper，the modified waste ceramics fragments were studied and used to treat the organic simulation wastewater，most of organic matters in the wastewater can be absorbed.After absorbing and treating methyl red simulation waste water with certain concentration，the removal rate of methyl red was up to 58.13%；After immobilizing the microorganism，adsorbing and degrading effects were better，the removal rate reached 80.12%.The results show that effect of the modified wastewater ceramic pieces to treat simulated organic waste is good，the modified waste ceramics have very superiority for recycling resources and good effect to treat organic wastewater which is difficult to be degraded.

Waste ceramics powder；Activity sludge；Methyl red simulation wastewater

X703

A

1671-0460（2010）02-0171-04

廣東省潮州市科技局項(xiàng)目（2008S20）；廣東省教育廳2008年度高校學(xué)科建設(shè)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目。

2009-12-01

邱文杰（1986-），男，韓山學(xué)院化學(xué)系環(huán)境科學(xué)專業(yè)。