周琪1，赵由才2（1.宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川 750021；2.同济大学环境科学与工程学院、污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092）作者简介：周琪（1979-），女，宁夏人，硕士，主要从事固体废弃物处理与资源化研究工作。

〔摘要〕用矿化垃圾作为水生植物床的基质代替基质中土壤的作用，分别选择水葫芦和空心莲子草作为水生植物床的植物，制成了人工水生植物床，来尝试处理染料水溶液制成的模拟印染废水，并对比了染料在自然条件下的降解。

〔关键词〕矿化垃圾；印染废水；人工水生植物床

1 引言

人工植物床具有出水水质稳定、基建和运行费用低、技术含量低、维护管理方便、耐冲击负荷强、适于处理间歇排放的污水和具有美学价值等优点。人工植物床中的基质一般由土壤等构成，在自然土壤较为缺乏的情况下，国内开展了人工土壤植物床污水处理技术的研究[1-3]。矿化垃圾的物理性质近似于砂土，化学性质优于肥沃的土壤，并有较好的水力特性，当其用做污染物处理介质时，能提供极好的吸附交换条件和优良的微生物生命活动环境[4]。矿化垃圾作为人工土壤植物床的基质来处理废水，可能会取得良好的效果。染料在一般的自然条件下难于降解。

但是，印染废水在通过湿地等自然处理系统后可以得到净化[5]，模仿湿地、天然植物床系统制成的人工植物床也可以用来处理印染废水[6、7]。说明这类仿自然系统的条件不同于一般的自然条件，在染料的降解方面具有优势。因此，笔者开展了矿化垃圾水生植物床处理印染废水的初探。

2 实验装置和实验方法

2.1矿化垃圾植物床对模拟印染废水的去除实验

本实验用矿化垃圾作为水生植物床的基质代替基质中土壤的作用，分别选择水葫芦和空心莲子草作为水生植物床的植物，制成了人工水生植物床，来处理染料水溶液制成的模拟印染废水。

2.1.1实验材料

在上海市郊天然生长的水葫芦、空心莲子草中，挑选株体均匀健壮者。选

2.1.2实验方法

矿化垃圾水葫芦植物床处理活性紫溶液的试验装置如图1所示。矿化垃圾的干重为5Kg，在装置中加入5L、20mg/L的活性紫水溶液，注入5ml植物营养液，并投入3株水葫芦，模拟水葫芦对水面的覆盖。实验以5d为一个进水周期，反复试验3个周期。取样前2h加入一定量清水，并轻轻搅拌混合，以补充前一天蒸发的水量。空白对比试验中不加入矿化垃圾，其他条件均相同。

图1 矿化垃圾水葫芦植物床装置

矿化垃圾空心莲子草植物床试验装置如图2所示。矿化垃圾的干重为5Kg，将空心莲子草的根部埋于矿化垃圾中，每桶约移植250g；在桶中加入2L、20mg/L的阳离子桃红染料水溶液。实验以5d为一个进水周期，反复试验3个周期。取样前2h加入一定量清水，并轻轻搅拌混合，以补充前1d蒸发的水量。灭菌对比试验中，在加入矿化垃圾的同时，喷入100ml、50%的福尔马林溶液灭菌，边翻搅边喷，以确保混合均匀[8]，其他条件均相同。无植物空白对比中，不移植空心莲子草，其他条件均相同。

图2 矿化垃圾空心莲子草植物床装置

2.1.3分析方法

每天定时定点取多点水样混合，测定溶液的浓度、ph值及色度。染料溶液的ph用玻璃电极法测定。染料溶液中染料的浓度采用分光亮度法测定，用光程为1Cm的玻璃比色皿，以自来水为参比，在551nm波长测定活性紫的吸亮度；在520nm波长测定阳离子桃红的吸亮度。以浓度的变化计算染料的去除率，去除率计算公式如1式：

η＝[C0－Ce]/C0×100%（1）

式中：η为染料去除率；C0为染料溶液初始浓度，mg/L；Ce为染料溶液反应后的浓度，mg/L。

2.2染料在自然条件下的降解对比实验

2.2.1实验方法

活性紫K－3R、阳离子桃红X－FG，用蒸馏水配置成20mg/L的溶液，即用即配。分别将200ml活性紫水溶液、阳离子桃红水溶液倒入棕色和白色试剂瓶中，盖住瓶口（非密封）。然后，将用棕色试剂瓶盛装的染料水溶液放入冰箱中冷藏，温度为4℃；将一组用白色试剂瓶盛装的染料水溶液在室内放置，温度为室温（28～34℃）；将另一组用白色试剂瓶盛装的放在室外，不带任何遮蔽，温度为室外温度（3d温度分别为：晴转多云28～36℃，晴转多云28～35℃，多云转雷阵雨26～32℃，正值盛夏，基本满足暴晒要求），放置72h后取出。

2.2.2分析方法

每组实验测定两种染料溶液的ph和浓度。染料溶液的ph用玻璃电极法测定。染料溶液中染料的浓度采用分光亮度法测定，用光程为1Cm的玻璃比色皿，以蒸馏水为参比，分别在520nm波长测定阳离子桃红水溶液的吸亮度，在551nm波长测定活性紫水溶液的吸亮度。以浓度的变化计算染料的去除率，染料去除率计算公式如1式；染料溶液ph的变化值计算公式如2式：

Δph＝phe－ph0（2）

式中：Δph为ph的变化值；ph0为染料溶液起始ph值；phe为染料溶液反应后的ph值。

3 结果与讨论

3.1矿化垃圾水葫芦植物床对活性紫的去除

经测定，试验期间气温为23.5～33.3℃，有矿化垃圾的溶液中ph平均值为7.87。试验中活性紫的去除率如图3所示[4]。

图3 矿化垃圾水葫芦植物床对活性紫的去除率与时间的关系

实验结果表明，单纯的水葫芦对活性紫的去除率很低。这是因为，虽然水葫芦根部对水中悬浮、分散和部分溶解的固体物质起着凝聚和吸附作用，使胶体、高分子等较易凝聚的物质很快从污水中凝聚沉淀下来而达到较高的去除，但对难凝聚的溶解性良好的物质只能少量去除。

以矿化垃圾为基质的水葫芦植物床对活性紫有较高的去除率。和空白试验对比：试验第1d，矿化

3.2矿化垃圾空心莲子草植物床对阳离子桃红的去除

经测定，试验期间气温为23.5～33.3℃，日照为10h/d，有植物的溶液中ph平均值为7.64，灭菌的溶液中ph平均值为7.43，无植物空白的溶液中的ph平均值为7.56。试验中阳离子桃红的去除率如图4所示[4]。

图4 矿化垃圾植物床中阳离子桃红的去除率与时间的关系

灭菌后的染料去除率均低于不灭菌的情况，这个实验结果说明矿化垃圾水生植物床对染料的吸附作用并非简单的物理化学吸附，而是带有生物吸附作用。

无植物空白的染料去除率在前3d为最高，而在后两天，有植物和无植物两种情况下，染料的去除率差不多。这是由于阳离子桃红在光照下有少量的去除，有植物的情况下植物遮盖了阳光，所以总的染料去除率较无植物的情况低。而植物和矿化垃圾中微生物的协同作用促进了染料去除，所以在后2d，有植物的情况下染料去除率赶上了无植物的情况。

3.3矿化垃圾水生植物床出水色度达标情况

在矿化垃圾水葫芦植物床中，当进水浓度为20mg/L，进水量为2L，全天平均气温在28℃以上，反应周期为5d时，活性紫的去除率在63%以上，体积负荷为1.586g/（m3‧d）。

在矿化垃圾空心莲子草植物床中，当进水浓度为20mg/L，进水量为2L，全天平均气温在28℃以上，日照为10h/d，反应周期为5d时，阳离子桃红的去除率在93%以上，出水色度达到国家一级排放标准，体积负荷为1.586g/（m3.d）。

3.4染料在自然条件下的降解

表1 染料在自然条件下的降解

矿化垃圾水生植物床处理印染废水的初探

染料在自然条件下的降解对比实验结果见表1[4]。由此可见，阳离子桃红水溶液在暴露于日光下的条件下，染料去除率达到6.01%，是本实验的最高值。这说明一些染料的在光的单一作用下，也可以被去除，但去除率很低。并且，本实验使用的阳离子桃红在日晒下的染色坚牢度为4，而活性紫为6-9，所以在阳离子桃红水溶液和活性紫水溶液在室外的染料去除率的不同也说明了二者耐晒性能的差异。染料在常温下和低温下的去除率都很低，则体现了染料在自然条件下难降解的性质。

在本实验中，染料水溶液的ph值都变小了，这可能是因为溶液在放置的72h中吸入了空气中的酸性气体，如CO2、SO2等。

4 结论

（1）以矿化垃圾为基质的水葫芦植物床处理活性紫水溶液，染料去除率比无矿化垃圾空白试验的去除率高出3倍。当进水浓度为20mg/L，进水量为2L，全天平均气温在28℃以上，反应周期为5d时，活性紫的去除率在63%以上，体积负荷为1.586g/（m3‧d）。

（2）以矿化垃圾为基质的空心莲子草植物床处理阳离子桃红水溶液，灭菌后的染料去除率均低于未灭菌的情况。未灭菌的情况下，当进水浓度为20mg/L，进水量为2L，全天平均气温在28℃以上，日照为10h/d，

反应周期为5d时，阳离子桃红的去除率在93%以上，出水色度达到国家一级排放标准，体积负荷为1.586g/（m3.d）。

（3）印染废水在自然条件下的降解对比实验说明染料在一般自然条件下难于降解。