改性废陶瓷碎处理模拟印染废水的研究*

邱文杰，吴卓煌，杨慧明，林文燕，罗文凯

（韩山师范学院化学系，广东潮州521041）

工业水处理

改性废陶瓷碎处理模拟印染废水的研究*

邱文杰，吴卓煌，杨慧明，林文燕，罗文凯

（韩山师范学院化学系，广东潮州521041）

印染废水由于其水质特点一直是废水治理的难点和重点。通过对改性的废陶瓷碎的研究，将其应用于有机模拟废水实验，废水中的有机物质绝大部分能被吸附。当对一定浓度甲基红模拟废水进行吸附处理后，甲基红去除率达58.13%；通过固载微生物后，更能有效的使吸附并降解，去除率达到80.12%。改性废陶瓷碎对模拟有机废水的处理效果良好，表明研制的改性废陶瓷碎不仅具有十分优越的资源再利用性，而且对难降解的有机废水处理也具有良好的效果。

废陶瓷粉末；活性污泥；甲基红模拟废水

由于大量陶瓷垃圾严重污染环构成环境安全隐患。据估算，目前潮州市年产废瓷20万t以上，特别是卫生洁具陶瓷，大多数中小陶瓷企业由于种种原因，目前只能任由废瓷成为陶瓷垃圾随同生活垃圾一道运往填埋场处理，因而也造成了大量的瓷土资源浪费。矿产资源开发利用不当，必定会加大对资源的消耗，资源市场供需矛盾将会日益突出，对环境的压力也将越来越大。我们为了实现资源的优化配置以及高效率的利用废陶瓷，经过研究探索，发明了一种能用于大规模制备的改性废陶瓷碎并与生物活性酶的结合共同用于废水处理研究，研究表明已制改性废陶瓷碎具有发达的空隙结构，表面多孔,有较大的比表面积,因此对类似染料废水的偶氮染料（甲基红）具有很强的吸附作用和较大的吸附容量，经过固载生物活性酶后，利用微生物的分解作用，将吸附于颗粒中的有机物质降解，从而达到循环利用的目的，可以作为常规水处理中的吸附剂或填料，从而降低处理废水的成本，改善废水处理的工艺。

1 实验部分

1.1 实验材料

实验材料：废陶瓷粉末（经过高速研磨）、陶土、淀粉（造孔剂）、小苏打（增孔剂）、活性污泥；

实验仪器设备：高速万能粉碎机（FM-100）、电子天平（FA2104N）、PH计（PHS-3C型）、恒温槽、722N可见分光光度计、高速离心机（7DL80-2B型）、增氧机；

实验试剂：甲基红、乙醇（分析纯）；

实验水样：甲基红模拟废水的质量浓度4×10-6g/mL。

1.2 实验方法

1.2.1 废陶瓷的改性

将废陶瓷用粉碎机高速研磨成粉末，并将粉末过200目标准筛，收集并作为实验原料。用高速万能粉碎机（FM-100）将陶土研磨成粉末，并将粉末过200目标准筛，收集并作为实验原料。按废陶瓷与陶土质量比例（4︰1，7︰3）将2种物质混合均匀（见表1），再用水进行调和，成型后经过1 200℃以上高温烧制，并粉碎成小颗粒。

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

通过一系列甲基红模拟水样实验确定甲基红的最大吸收波长为515 nm，用分光光度法测定甲基红溶液经过新制陶瓷颗粒吸附后的吸光度，推算出甲基红浓度的变化，以此来判断新制陶瓷颗粒吸附能力的大小。

吸取2 mL的甲基红标准溶液（0.01%），并用乙醇（分析纯）稀释至50 mL容量瓶中，配成浓度为4×10-6g/mL的甲基红稀释溶液。将各种配比的陶瓷颗粒置于编号为1～10号的250 mL锥形瓶中，各吸取50 mL稀释后的甲基红溶液加入锥形瓶，摇匀后分别静置30，60，120 min后，用高速离心机在2 500 r/min的转速下将溶液离心分离后取各上清液，置于根据表1中各种配比的陶瓷颗粒中，比较经过实验后的吸附效果，可得出吸附效果最佳的配比是80%的陶瓷颗粒，造孔剂40 g，增孔剂0.24 g。此配比的陶瓷颗粒吸附性能实验，改变吸附时间，甲基红浓度变化与去除率结果见图1、图2。

1.2.3 多孔陶瓷吸附料吸附酶的研究

实验室中的活性污泥的培养采用静态培养：取厨房下水道淤泥，按照一定营养比例添加部分废水和营养物质，利用家庭中金鱼养殖的增氧机进行曝气，定期换水。

活性污泥的培养与驯化步骤：按无机盐配料表精确称取干污泥60 g，KNO30.059 g，MgSO40.012 g，NaCl 0.059 g，K2HPO40.935 g，NH4Cl 0.059 g倒入小烧杯中，加200 mL自来水充分搅拌溶解；将污泥加入2 000 mL大烧杯中，并将溶解的无机盐溶液一并加入其中，然后加入废水；测溶液的pH值，并调节其至6.5～7.5之间，维持温度为20～25℃；启动增氧机，对培养液进行通氧；调节通氧量，持续曝气5 h；观察活性污泥增长情况，观察到菌胶团大量密实出现，停止曝气，静置使污泥充分沉淀；倒出上清液，补加30 g干污泥和1 000 mL废水；重复步骤5、6，停止曝气后静置使之充分分层，倒出上清液；弃去部分分层不好的污泥,补加30 g干污泥，60 mL废水，重复步骤6、7，驯化周期为5 d。

1.2.4 固载生物活性酶的应用效果研究

观察经过微生物分解后陶瓷颗粒再吸附的效果：取出经过吸附后的陶瓷颗粒，加入到培养好的活性污泥中，放置在通风处使颗粒中的甲基红被微生物充分降解后，将此陶瓷颗粒取出后，再次放入浓度为4×10-6g/mL甲基红溶液50 mL置于250 mL锥形瓶中，振荡吸附时间为50 min，然后把吸附后各溶液用高速离心机在转速为2 500 r/min下离心分离，取各上清液在波长为515 nm处测吸附后溶液的吸光度。

2 实验结果与讨论

2.1 陶瓷用量对甲基红去除率的影响

移取2 mL甲基红标准溶液，置于50 mL容量瓶，用乙醇定容后置于250 mL锥形瓶中，配成浓度为4×10-6g/mL的甲基红稀释溶液。改变多孔陶瓷颗粒用量，振荡吸附60 min，把吸附后各溶液用高速离心机（最大转速为4 000 r/min）在转速为2 500 r/min下离心分离，取各上清液用分光光度计在波长为515 nm处测定吸光度。实验结果见图3、图4。

由图3可知，其它条件相同的情况下，随多孔陶瓷颗粒用量的增加，吸附后模拟废水浓度迅速下降；当用量达1.4 g以上（包括1.4 g）时，吸附后模拟废水浓度变化趋于平缓，表明1.4 g时模拟废水吸附达到饱和。由图4可知，随多孔陶瓷颗粒用量的增加，模拟废水去除率不断上升，当达到于58.13%时趋于平衡，说明吸附基本达到平衡。所以为保证实验过程中有较好的处理效果同时节约吸附剂用量，试验选择多孔陶瓷用量为1.4 g。

2.2 吸附时间对甲基红去除率的影响

移取浓度为4×10-6g/mL的甲基红溶液50 mL置于250 mL锥形瓶中，取多孔陶瓷颗粒1.4 g，改变接触时间，进行振荡吸附，然后把吸附后各溶液用高速离心机在转速为2 500 r/min下离心分离，取各上清液在波长为515 nm处用分光光度计测定吸光度。结果见图5。

由图5可知，多孔陶瓷颗粒对甲基红溶液的吸附随接触时间的延长，甲基红的去除率增大。当接触时间大于50 min时，甲基红去除率可达58.13%以上。因此振荡吸附时间为50 min。

2.4 吸附后的多孔陶瓷颗粒经过固载生物活性酶对甲基红吸附效果

经过微生物处理后的多孔陶瓷颗粒对浓度为4×10-6g/mL甲基红溶液的处理效果，对质量为1.40 g改性废陶瓷碎的再生性进行实验，实验结果见表2。

表2生物活性酶固载前后甲基红吸附效果比较Table 2The comparation between the result of absorbing red methylbeforeandafterbeingfixedlivingbeingsactive enzyme

将吸附后的多孔陶瓷颗粒在活性污泥中固载生物活性酶后随时间的变化，甲基红去除率逐渐增大，实验结果见图6。

改性的废陶瓷碎经过固载生物活性酶后，甲基红浓度明显降低，具有很高的去除效果，而没固载生物活性酶的改性的废陶瓷碎达到58.13%时就基本没有吸附效果。

3 结论

（1）由实验结果得出多空陶瓷颗粒配比为80%的陶瓷颗粒，造孔剂40 g，增孔剂0.24 g的吸附效果是最佳的。

（2）多孔陶瓷颗粒对甲基红具有较强的去除作用，对浓度4×10-6g/mL甲基红废水进行吸附处理后，甲基红去除率达58.13%，有较好的去除效果。

（3）多孔陶瓷颗粒是一种相对经济的吸附剂，用于有机染料废水的处理，方法简便，易于操作，因此具有一定的实用性，并且可作为生物接触氧化法的载体（俗称填料），具有一定的开发利用价值。

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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

广东省潮州市科技局项目（2008S20）；广东省教育厅2008年度高校学科建设专项基金资助项目。

2009-12-01

邱文杰（1986-），男，韩山学院化学系环境科学专业。