《稻壳灰处理印染废水效果研究》

摘要

        研究了稻壳灰在不同条件下（不同投加量、不同pH值、不同振荡吸附时间）对印染废水的处理效果，并在最佳测试条件下，测试了稻壳灰对废水中污染物的去除效率和污染物达标排放情况。结果表明，当稻壳灰投加量为80 g/L、不改变投加后废水pH、吸附振荡时间为20 min时，稻壳灰对COD为1517 mg/L、SS为726 mg/L、色度为845的印染废水中COD去除效率为90.2%、SS去除效率为89.4%、色度去除效率为99.3%；处理后废水中污染物浓度显著降低，COD浓度均值为149 mg/L、SS浓度均值为77 mg/L、色度为6，污染物达标排放。稻壳灰处理印染废水具有较好的去污效果。

       关键词：稻壳灰；印染废水；投加量；pH；吸附振荡时间；去除效率

      本文发表在《中国稻米》2018年 第24卷 第1期 P80-P82

        作者：李永亮 李健 梅国芳 贾立明 于亭亭 邱阳

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       印染废水是纺织品在印染过程中排放出的废水，具有排放量较大、有机污染物含量高、色度高、成分复杂的特点。印染废水中含有大量大分子染料、印染助剂、印染浆料、纺织纤维、各种盐类、重金属等物质，是属于较难处理的工业废水之一。当前，印染废水处理方法主要采用絮凝-气浮法去除残留纤维和大分子染料，使悬浮物质含量、色度降低；然后利用生化、吸附、电化学、膜过滤等方法进一步脱色和去除有机物，必要时再进行深度处理，使废水达到直排标准或者回用于生产。有许多科研工作者利用固体废弃物处理印染废水，并取得了良好的效果。贾艳萍等[1]利用盐酸改性粉煤灰预处理与厌氧-曝气生物滤池（AF-BAF）联合工艺处理模拟印染废水，COD、NH3-N、NO3-N和NO2-N去除率分别为72%、58%、78%和52%，脱色率为90%，达到了国家工业废水排放标准。吴南江等[2]以粉煤灰、脱水污泥、粘土及石膏为原料研制粉煤灰陶粒，并与市售陶瓷陶粒对模拟印染废水进行处理，也取得了较为良好的效果。洪建捷[3]等用硫酸、双氧水活化稻壳，对甲基蓝水溶液的吸附率可以提高至84.1%。而生物质灰渣处理废水主要集中在处理生活废水方面，而且作为填料使用[4-6]，单独处理印染废水的实例未见相关报导。

       我国是水稻种植和加工大国，每年产生大量的加工后固体废弃物稻壳。目前，稻壳的主要处理方式为燃烧和堆存。堆存占用大量的土地，燃烧主要是作为锅炉动力的原材料，燃烧后会产生一定量的固体废弃物稻壳灰，除部分施用于农田外，大部分处于堆存状态，利用率较低。由于燃烧效率不同，稻壳灰性质也有较大差别。燃烧充分，碳等活性物质含量较低；燃烧不充分，碳含量相对较高，对污染物有较好的吸附性。由于工业生产具有特殊性，为保证热量的供应速度稻壳灰会被大量添加，有些燃烧不是很充分，不同燃烧程度的稻壳灰混在一起成为普遍共性。本试验利用稻壳生物质灰对印染废水进行处理，考察了稻壳灰使用量、pH、吸附振荡时间等参数对处理效果的影响，发现稻壳灰在实验条件下对印染废水具有良好的处理效果。

1   材料与方法

1.1   实验仪器及药品

　　MS1003S分析天平：梅特勒-托利多仪器上海有限公司；XS-IZ色度测试仪：上海海恒机电仪表有限公司：PHotoLabs6便携式COD测定仪：德国WTW；SevenEasy S20 pH计：梅特勒-托利多仪器上海有限公司；HY-2康氏振荡器：江苏常州普天仪器制造有限公司。

       COD测试试剂来自仪器配套试剂；盐酸：分析纯，氢氧化钠：分析纯。

       本实验所用稻壳灰来源于某酒精企业，该厂使用稻壳替代原煤作为生产动力原料，燃烧后产生大量稻壳灰。本实验所用稻壳灰呈深黑色，同时伴有少量燃烧充分的灰白色粉末灰；密度较小，经测定密度在118.77 kg/m3左右，粒径在1～6 mm之间的颗粒占比为98%以上。废水源于某毛毯生产企业废水混合后的出口，色度、COD、SS含量高。经检测，该废水水温在15℃~18℃之间、pH在6.65~6.92之间、COD均值为1 517 mg/L、SS均值为726 mg/L、色度均值为845。

1.2   实验部分

1.2.1   相关参数测定方法

本实验COD采用快速消解-比色法，利用便携式COD测定仪进行测定；SS采用《水质 悬浮物的测定 重量法》（GB11901-1989）方法进行测定；色度采用XS-IZ色度测试仪进行测定；pH采用《水质 pH值的测定 玻璃电极法》（GB6920-1986）方法使用SevenEasy S20pH计进行测定。

1.2.2   实验方法

测试废水在不同的稻壳灰投加量、不同pH、不同振荡吸附时间条件下，印染废水中污染物的去除效率；及在最佳测试条件下，稻壳灰对废水中污染物的去除效率、污染物达标排放情况。

2   结果与分析

2.1   稻壳灰投加量对印染废水处理效果的影响

      在1 000 mL锥形瓶中注入印染废水0.5 L，依次投加稻壳灰5 g、10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g、50 g、100 g、200 g，在康氏振荡器上振荡10 min，静置沉淀后取上清液进行测定[7]，各相关参数测定及计算结果见表1。

       由表1可以看出，在设定的处理条件下，COD的浓度在投加量为80 g/L时已经达到预处理排放标准要求，在投加量为100～400 g/L时，COD浓度和去除效率变化不明显；SS的去除效率随稻壳灰投加量的增加呈上升趋势；色度去除效率也随稻壳灰的投加量呈上升趋势，但投加量在200 g/L和400 g/L时，浓度已不发生变化。综合考虑上述因素及污染物达标排放要求，固体废弃物后续处理问题等因素，选择80 g/L稻壳灰投加量，此时所测得3种污染物可达标排放（纺织染整工业水污染物排放标准：COD≤200 mg/L、SS≤100 mg/L、色度≤80），且相关固体废弃物产生量也较少，满足预处理标准的要求。

2.2   pH的选择

      利用盐酸、氢氧化钠调节稻壳灰投加后溶液的pH为6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0，稻壳灰添加量80 g/L，同样振荡10 min，测定污染物的去除效率[8-9]，各参数测定及去除效率见表2。

       由表2可以看出，pH在7.5～9.0之间时COD去除效率在80.0%以上，最大去除效率为pH在8.5时的90.1%；pH在7.0～9.0之间时，SS去除效率在80.0%以上，最大去除效率为pH在7.5时的89.3%；pH在6.0～9.0之间时色度去除效率均在80.0%以上，最大为99.5%，这可能与稻壳灰未完全燃烧，存在大量的碳类物质（包括活性炭）有关。同时可以看到，在pH为9.0时，污染物的去除效率均出现了下降，这可能与企业使用染料的类别和性质有关，在强碱性环境下，稻壳灰吸附的物质被解析出来。参考土壤中pH的测定方法，测定80 g/L的稻壳灰混合物pH为7.8，在7.5～8.0时相关污染物的去除效率在80.0%以上，同时不增加试剂的投入，从而减小相关污染。因此，在后续试验中不对pH进行调节。

2.3   振荡时间对印染废水处理效果的影响

       选择稻壳灰投入量为80 g/L时进行振荡时间选择测试，测试时间为5 min、10 min、15 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min，静置后取上清液进行测试，计算相关污染物去除效率[10-12]，振荡时间与去除效率计算结果见表3。

        从表3可以看出，COD去除效率在吸附振荡时间为20min 时达到最大值；30～60 min时，去除效率有所下降，这可能与SS处理效率下降有一定的关系；SS去除效率在15～20 min时达到最大值，30 min之后出现下降；色度去除效率随吸附振荡时间的延长而升高，但30 min后，去除效率已不发生改变。因此，选择吸附振荡时间为20 min进行后续试验。

2.4   污染物处理效率测试

       根据选择的稻壳灰投加量、pH、吸附振荡时间进行样品中COD、SS、色度去除率测试：稻壳灰投加量为80 g/L、不调节pH、吸附振荡时间为20 min，静置后取上清液进行相关参数测试。重复进行上述实验3次，测试结果见表4。从表4可以看出，在最佳测试条件下，稻壳灰对废水有较好的处理效果，COD、SS、色度的去除效率分别达到90.2%、89.4%和99.3%。

3   结论及讨论

       实验结果表明，稻壳灰对印染废水中的污染物具有较好的去除效率。当稻壳灰投加量为80 g/L、不改变投加稻壳灰后溶液pH值、吸附振荡时间为20 min时，稻壳灰对印染废水中COD的去除效率为90.2%、SS去除效率为89.4%、色度去除效率为99.3%；废水中COD浓度均值为149 mg/L、SS浓度均值为77 mg/L、色度为6，处理后的废水满足《纺织染整工业水污染物与排放标准》（GB4287-2012）中新建企业预处理标准（COD≤200 mg/L、SS≤100 mg/L、色度≤80）要求。

       稻壳灰对印染废水中的污染物具有一定的去除效率，与稻壳在不同燃烧条件下生成稻壳灰的性质具有一定的相关性。本实验所用稻壳灰燃烧不充分，呈现黑色，表明碳含量（包括活性炭）较高，具有良好的活性，有一定的吸附作用；而燃烧充分的稻壳灰呈现出灰白色，稻壳燃烧充分，碳含量已经大幅度降低，其吸附作用会减小甚至消失。

       在大气污染防治条例实施后，部分城区企业将禁止使用燃煤锅炉。如企业将原有锅炉改造为使用稻壳等生物质燃料锅炉，将稻壳灰用于处理印染废水，既可以减小更新锅炉的投入，也可以实现废水达标排放的目的，具有良好的经济和环境效益。另一方面，如企业采取直排的方式排放处理后的废水，可采用稻壳灰对废水进行预处理，然后引入生化池进行生化处理，或采用微滤的方式进行深度处理，使污染物浓度进一步降低。同时需要指出的是，稻壳灰处理印染废水，处理后的稻壳灰及其过滤、吸附物质，按照国家相关标准规定属于危险废物，应按照相关标准进行处理。

参考文献

[1]    贾艳萍，宗庆，姜修平，等. 改性粉煤灰与厌氧-曝气生物滤池联合处理印染废水[J]. 东北电力大学学报，2014，34（6）：34-37.

[2]    吴南江，周笑绿，杨波，等. 粉煤灰陶粒的制备及处理模拟印染废水的研究[J]. 工业安全与环保，2014，40（8）：73-76.

[3]    洪建捷，谢荣辉. 用于印染废水脱色的稻壳吸附剂的研制[J]. 食品科技，2008，33（11）：150-154.

[4]    刘彬彬，高明，王侃，等. 不同生物质灰渣填充密度下处理生活污水的效果研究[J]. 水土保持学报，2015，29（6）：296-300.

[5]    田冬，高明，王侃. 不同粒径生物质灰渣填料净化生活污水的试验研究[J]. 水土保持学报，2015，29（4）：218-222.

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[8]    范晓丹，李皓璇，姬海燕，等. 生物活性炭法深度处理印染废水及其生物毒性的表征[J]. 环境工程学报， 2015，9（1）：188-194.

[9]    陈瑞华，王艳华， 高婵娟. 粉煤灰负载壳聚糖处理印染废水的最佳实验条件[J]. 当代化工，2013，42（6）：730-731.

[10]  王开花，李福全， 陈萨日娜，等. 藻类吸附剂在印染废水处理中的应用研究综述[J]. 环境工程，2016，34（1）：1-6.

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[12]  张庆芳，孔秀琴，辛佳，等. 生物质吸附剂-改性玉米芯对印染废水脱色性能研究[J]. 化学与生物工程， 2008，25（12）：60-62.