400-826-3191

>
>
>
印染废水的几种处理方法

印染废水的几种处理方法

    染料工业在国民经济中占主导地位,其产品主要应运在皮革染料、文具油墨、食品、涂料、化妆品等领域。目前染料的种类丰富多样化,可以分为三大类,即阳离子染料、阴离子染料、非离子染料。一些未经过处理或超标染料废水直接排放到自然水体中,会造成水体大面积被污染,因其可生化性差且毒性大,导致了大量水生生物的死亡,并造成水体透光强度差、降解难度大、光合作用降低。在工业快速发展中所带来的资源高消耗和严重浪费,势必会使各大企业排污量上升,这必将引发一场关于染料废水处理的技术“革命”。随着染料废水处理技术的不断发展,研究者开始采用更多切实可行的处理方法。本文将染料废水处理方法归纳为:化学法、物理法和生物法。

1 化学法

1.1高级氧化法

    高级氧化技术是一种以羟基自由基(·OH)为主要氧化剂的氧化技术,氧化剂在一定条件下分解产生羟基自由基,然后进一步发生氧化分解反应直至最终产物降解为CO2和H2O,并将有毒且难降解的大分子有机污染物分解矿化为小分子物质,从而达到降解目的。

1.1.1电Fenton法氧化

    电Fenton氧化在染料废水处理中应用较广泛,它是一种将铁碳微电解法与Fenton氧化法有机结合起来的技术,即利用了铁碳内电解法的电化学腐蚀原理,又利用了Fenton试剂(H2O2+Fe2+)的强氧化性,高效并快速地使染料分子发色基团中的不饱和共扼键断裂而脱色。马英群利用铁碳微电解-Fenton氧化法处理染料直接蓝2B。结果表明,对于经微电解处理后的浓度为8g/L的直接蓝2B染料水,Fenton氧化过程中双氧水的最佳投加量为37mmol/L,最佳pH值为3±0.1,Fenton试剂最佳作用时间为30min,其COD和色度去除率可分别达到83.9%和93.6%。此方法具有条件温和、操作简单、设备简便、去除率高、适用范围广等优点。但此方法易造成二次污染。随着人们对Fenton法的深入研究,近年来人们还借助Fenton氧化与物理或化学法相结合(如Fenton氧化—混凝法,UV/Fenton法,内电解法—Fenton法等)使氧化能力显著加强,具有广阔的应用前景。

1.1.2臭氧氧化

    臭氧氧化最早出现在上个世纪70年代,臭氧具有很强的氧化性,其氧化性仅次于氟,可以借助催化剂作用将大分子变成小分子来提高其可生化性。臭氧氧化机理是利用臭氧的强氧化性使发色基团断裂,然后开环降解,使有机物逐步矿化近而达到脱色目的。李飞跃等人采用O高级氧化技处理染料废水,当O3投加量为1g/(L.h)处理60min时用下CODcr的去除率达到64%,色度的去除率达96%。臭氧对脱色、除臭、杀菌效果显著,操作简便,无二次污染。但是其反应接触装置运行成本较高,故其被限用于一些低浓度难氧化的染料废水处理。所以目前许多研究者采用新型臭氧联合技术(如微电解一臭氧法、超声一臭氧法)来降低成本,提高染料处理效率。

1.1.3TiO2光催化氧化。

    TiO2是一种N型半导体材料,当受到波长(λ≤387.5nm)时,半导体催化剂颗粒内的电子就会吸收一定能量的光子后被激发到导带,注入导带的电子与吸附在SiO2表面的O2经过一系列作用后形成氧化能力很强的基团,与染料作用可以使染料矿化为水和CO2或其它有机物。陈建欣等人采用纳米TiO多孔微球对模拟染料废水进行光催化脱色。结果表明,在染料浓度为65mg/L,溶液pH值为2,纳米用量为700mg/L,光照时间2h,离心时间为15min时的脱色率最高,脱色效果最好。此方法具有设备简单、稳定性高、氧化能力强、催化活性高、无二次污染等忧点,在染料废水处理等方面具有广阔的应用前景。但是由于光催化反应速率不高,采取单一方法难以满足要求,所以TiO2催化氧化法与其它高级氧化法的结合成为印染废水处理的主要研究方向。

1.1.4氯氧化法。

    氯氧氧化是利用正四价态的氯离子的强氧化性使偶氮键破坏,从而达到脱色目的。王承涛等研究了在负载Cu+活性组分的催化剂下,二氧化氯催化氧化处理COD为2700mg/L的活性艳红染料配制废水,COD去除率可达到75%。此方法具有运行成本低、操作简单、节能、氧化反应速率快、去除效率高等优点,但是二氧化氯不稳定且过量的氯和有机物结合形成一些致癌物质会对人体造成伤害,并且单一去除染料方法应用面比较窄。王森等人采用二氧化氯催化氧化—曝气生物滤池法深度处理造纸废水。实验结果表明:在二氧化氯加入量为150mg/L,催化氧化时间为40min时,可生化性BOD5/COD最高达到0.316,二氧化氯氧化后出水经曝气生物滤池深度处理后,BOD5低于20mg/L,COD低于90mg/L,TSS低于30mg/L,处理后水质完全达到国家新的排放标准(GB3544—2008)。

1.1.5电化学氧化法。

    电化学氧化起于上个世纪90年代中期,其机理是在直流电作用下使染料中的有机质在电极上发生氧化还原反应,将染料中的有机污染物转化为无毒物质。电化学氧化主要包括内电解法、电絮凝法、电气浮法等。杨丽娟采用CePMVC电解酸性大红GR染料废水,最佳条件下,脱色率、氨氮及COD去除率分别达到了99.8%、95.45%、90.81%以上。赵锐柏等人利用电絮凝法对废水的色度、COD进行降解,发现其色度和COD去除率分别达95%和52%。相比较下色度的去除率更高一些。谢大卫采用自动电气浮法处理涤纶染色废水的污染物COD去除率约为65%~72%。

    此方法具有成本低、操作简单、维护方便、去除率高、应用范围广、无需添加化学试剂等优点,但是此方法对电极电量消耗比较大,运行成本较高,污泥量大等缺点使得该方法受限。目前,三级电极和活性炭纤维等新型电极材料的开发与应用在很大程度上提高了电流效率,降低了能耗及成本问题,成为研究领域的热点话题。

1.2化学混凝法

    化学混凝的原理,是在混凝剂作用下,利用胶体脱稳、压缩双垫层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等的作用使水体中的染料分子相互接触碰撞,脱稳凝集成一定粒径的絮状体,然后在重力的作用下实现固液分离目的。邹红林通过混凝法对染料废水进行脱色,发现COD和脱色率分别可达97%和86%。此方法是染料废水处理的常用方法,它具成本低、占地面积小、脱色率高等优点,所以此方法被广泛应用于各种染料废水处理中。缺点就是设备比较复杂,对进水水质要求严格。

2 物理法

2.1活性炭吸附

    此法是一种应用较早的方法。其吸附原理是利用微小炭粒表面的大量空隙将染料富集在其表面从而达到脱色目的。染料废水处理中所用的吸附剂主要有活性炭、膨润土、硅藻土等。雷晓玲等人采用活性炭对亚甲基蓝、甲基橙、中性红分别进行吸附,吸附率分别为97.65%、96.06%、96.24%。活性炭吸附具有造价低廉、来源广泛、吸附量大、稳定性高等优点。目前,活性炭吸附方法在染料废水领域取得了一些成果,但是由于染料种类繁多,结构性能差距较大,一般只适用于个别染料的吸附性能,而且再生困难,污泥量大,导致应用面较窄。

2.2膜分离法

    此法是利用天然或人工制备的具有选择透过性能的薄膜,通过外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分液体进行分离、分级、提纯或富集。膜分离技术包括:微滤、超滤、纳滤、反渗透、渗析、电渗析。马文涛分别利用纳滤膜和超滤膜对江苏某棉针织印染进行处理,去除率分别可达到90.00%和100.00%,脱色效果很明显。膜分离具有工艺简单、操作方便、无需添加化学试剂、无二次污染、节能等优点。但膜对染料选择性较高且形成的附着层易导致其通量下降,耐用性差。所以改进膜的分离技术成为该领域主要的研究方向。

2.3磁分离技术

    磁分离技术的原理是利用外加磁种和少量混凝剂来增强絮凝以达到高效沉降和过滤的目的,进而将废水中的染料去除。胡春光等人以锰盐铁盐为主要原料按照不同的原料配比制备了几种磁性吸附剂,并就其对染料酸性B的吸附性能进行了实验。结果表明:这几种磁性吸附剂对于染料酸性红B有很强的吸附能力。它具有分离效率高、成本低廉、设备简单紧凑等优点,其高效节能使得磁分离技术在废水处理领域拥有广阔的应用前景。

3 生物法

    生物法是应用最广的处理技术,该法具有运行费用低,安全无二次污染对环境友好等优点,符合可持续性发展的需求,在染料废水处理中得到广泛应用。

3.1菌类降解法

    菌类降解法主要有真菌降解、细菌降解及混菌降解法。菌类对染料脱色机理主要是通过分泌胞外酶来使染料脱色,它能通过菌类所分泌的特殊降解酶系或其它机制将各种合成染料彻底降解为CO2和H2O,对染料脱色具有良好的效果,并对各种有害的、难降解的、环境中宿存的异生物质的降解,具有高效、安全、无二次污染等优点。故菌类降解法具有很好的应用前景。宋云飞等通过白腐真菌对亚基蓝的降解发现,一定量的白腐菌对中浓度(4.0mg/L)的亚甲基蓝降解能力最大,降解效果比较好。卢婧等人用细菌对活性黑5、直接蓝71、刚果红、活性红141进行脱色,脱色率分别可以达到92.56%、100%、97%、100%。脱色效率较高。范凤霞发现混合菌群对活性蓝19,活性艳澄X-GN,活性红239等多种小分子活性染料具有较好脱色性能,静置培养24h时,脱色率都达到了90.0%以上,说明其对偶氮类活性染料脱色具有一定普适性。

3.2厌氧、好氧法

    厌氧、好氧法主要是借助活性污泥、生物基质等对染料废水进行脱色。好氧法对可生化性较高的染料废水去除率高、成本低、且能通过污泥的吸附作用去除部分染料。安芳莱通过水解酸化—接触氧化工艺处理印染废水。结果表明,CODCr的平均去除率为91%,色度的平均去除率96%,脱色效果较好。但是,好氧污泥不能或很难将染料彻底降解。但是由于染料品种繁多,染料分子结构不同且性能各异,使得好氧处理难以满足染料废水处理的要求。而厌氧处理不仅能去除部分可生化性高的有机物,又能在不同程度上降解好氧生物难以氧化的、结构复杂的有机物,然后再经好氧处理彻底降解。王天广通过对KE-3B的厌氧脱色研究,发现活性红KE-3B在短培养期内的脱色效果良好,高温条件下活性红KE-3B的CODCr去除率最高达到84.5%,且处理费用低、污泥沉降时间短、剩余污泥少。但单独厌氧法处理染料废水也有一定的局限性,如对于偶氮染料降解产生的芳香胺类化合物,厌氧法难以彻底去除。所以目前多把厌氧法同好氧法或物理、化学方法结合起来处理染料废水,通过联合作用效果,取得较好的脱色效率。张玥通过厌氧+好氧与潜流湿地组合工艺对牛仔洗水废水进行脱色,去除率为87.1%。经人工湿地系统处理后,总去除率达到了93.7%。经过约3个月的驯化,出水水质稳定并达到了排放标准。出水的各项指标均符合《纺织染整工业污染物排放标准》GB4287—1992一级标准。

3.3生物吸附法

    此法是一种高效实用的方法,生物材料有价格低廉易获得、适用条件广、来源丰富等优点,近年来已经成为研究的热点。目前,用花生壳粉、桔皮、木麻黄树皮、水葫芦干体、黄酒糟、橘子皮、改性茶叶、柚子皮等生物材料来吸附水溶液中染料的农林废弃物已实验成功,并取得了较好的脱色效果。该法处理染料废水的最大优点是经济实用,费用一般不到活性炭处理成本的10%,所以此方法特别适用于发展中国家,无须像活性炭使用后需要再生,吸附了染料的生物材料可以作为燃料,也可以用作固体发酵的底物来生产土壤调节剂或动物饲料,以生物废弃物为主体的治污技术会带来更大的生态效益和经济效益,将会是今后参考文献:环境治理的研究热点和发展方向。

4 展望

    染料废水的处理方法是当前研究的热点。除了对氧化、吸附、降解等单一方法的研究,对于多种方法的联合使用的研究也已成为热点。更重要的是,科学家们引进了大量的电、磁、光、热等方法处理难降解物质,大大拓宽了理论和技术范围。在传统的生物方法基础上进行多学科交叉研究,将是解决染料废水处理难题的主要发展方向。另一方面,做好节能减排,降低三废产量,加强物料的回收利用,以实行源头治理,并对生产工艺,过程管理等方面进行更深入的研究,实现向清洁绿色化转型的目标。