染料工業(yè)廢水處理工藝技術(shù)研究

唐躍明

摘 要：印染行業(yè)的廢水對水體、土壤和生態(tài)環(huán)境具有很大的損害性，文章介紹了印染廢水的特點，從物理、化學(xué)、生物三個維度對常見的廢水處理方法進(jìn)行了綜述和簡評，主要包括吸附法、超聲波法、混凝法、化學(xué)氧化法、光催化氧化法、高溫深度氧化法和生物法等。

關(guān)鍵詞：染料廢水；廢水處理

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）21-0175-02

工業(yè)污水在我國的每年污水排放中約占一半，其中排放的35%主要是紡織印染廢水，印染行業(yè)廢水污染性大，已經(jīng)成為我國重要的污染源，容易對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害，印染行業(yè)廢水治理是我國環(huán)保工作所面臨的重要而又嚴(yán)峻的任務(wù)。只有徹底解決此行業(yè)的廢水污染治理問題，才能實現(xiàn)行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

1 印染廢水的特點

印染企業(yè)生產(chǎn)過程排放了大量各種廢水，水質(zhì)復(fù)雜，其中含有許多具有高濃度和毒性的有機物和無機鹽，染料廢水一般具有以下特點：

①印染廢水屬有機性廢水，其廢水中的有機物含量高，色度高，組成成分復(fù)雜，難降解。印染過程中使用大量的染料、漿料、助劑，以及酸、堿、纖維和無機鹽等，尤其是染料，其成分非常復(fù)雜，基本上以芳烴和雜環(huán)為母體，帶有顯色基團和部分極性基團，難降解，可生化性差。廢水中含有的萘類、酚類物質(zhì)更是具有毒性。在印染過程中，經(jīng)過各種工序后，這些污染物仍然會在廢水中殘存。染料化工廢水性質(zhì)復(fù)雜，含有大量高分子及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的化合物，這些物質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性強，具有致癌、致畸、致突變作用，屬有毒難降解有機污染物。

②印染行業(yè)中所應(yīng)用的染料和助劑越來越朝向抗氧化、抗光解、抗降解的方向發(fā)展，再加上染料廢水的酸堿度變化比較大、有機污染物的可生化性也越來越差，使得這些廢水若用一般的方法處理變得越來越困難，難度越來越大。

③印染廢水會對水體、土壤和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害。印染廢水中的染料具有可吸收光線的特點，這就降低了水體的透明度，使得水體中的生物、微生物生長環(huán)境受到損害，同時也就弱化了水體天然擁有的自我凈化功能。因此印染廢水對水體、土壤、生態(tài)環(huán)境乃至人類健康都會產(chǎn)生嚴(yán)重的損害。

2 染料廢水處理方法

大多數(shù)染料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，降解難度高，印染行業(yè)廢水治理的首要任務(wù)就是尋找更為有效的方法對染料進(jìn)行降解和處理。筆者將主要圍繞染料廢水處理技術(shù)中的物理法、化學(xué)法、生物法，對其特點原理和研究應(yīng)用展開論述。

2.1 物理法

2.1.1 吸附法

吸附法是在印染廢水濃度比較低的前提下，利用多孔物質(zhì)表面可有效吸附廢水污染物的原理，將廢水通過由吸附劑組成的特殊過濾層，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。該法在印染廢水處理中應(yīng)用較多，常用作印染廢水的深度處理，且常和其他方法組合使用。

吸附劑的種類很多，比如活性炭、吸附樹脂，以及由殼聚糖和活性炭及纖維素混合制成的染料吸附劑等。活性炭具有很強的吸附能力，對水溶性染料具有較好的吸附功能；大孔吸附樹脂也是一種優(yōu)良的吸附劑，主要用于去除芳香族磺酸鹽、萘酚類物質(zhì)，其原理在于大孔吸附樹脂是一種高分子柱狀體，具有比較復(fù)雜的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其孔結(jié)構(gòu)和比表面積都非常適合用作染料吸附劑。特別適用于對活性染料和酸性染料污染物進(jìn)行吸附的是由殼聚糖和活性炭及纖維素混合制成的染料吸附劑，其吸附容量分別為264 mg/g和421 mg/g。

在這些吸附劑中，活性炭雖然被認(rèn)為是印染廢水最好的吸附劑，但也有自身的局限性，價格較為昂貴，且不易再生，同時活性炭作為吸附劑時，需要對廢水進(jìn)行預(yù)處理，原因在于若廢水中的懸浮顆粒將活性炭的孔道堵塞了，則處理效果就會比較差?；钚蕴康脑偕?、吸附后活性炭與廢水分離是目前研究的熱點和難點，目前高溫?zé)峤馐禽^為成熟的再生方法，國外有科技工作者對利用磁性吸附劑將活性炭從廢水中分離的技術(shù)進(jìn)行了研究。大孔吸附樹脂現(xiàn)已成為有效處理廢水的重要方法之一，其物理化學(xué)穩(wěn)定性好，易再生，但其局限性在于其吸附效果好的只能是對一些相對質(zhì)量較小的染料分子，而對染料大分子的親和力不夠。由殼聚糖與活性炭及纖維素混合制成的染料吸附劑在水中具有很好的分散性，接觸過濾法處理相對簡單而廉價。

為了找到其他成本更低、更加高效的吸附劑，Konduru等對泥煤、鋼渣、膨潤土、粉煤灰四種無機吸附劑進(jìn)行了實驗研究，結(jié)果表明，對于處理酸性染料廢水來說，粉煤灰和鋼渣的吸附能力已相當(dāng)于活性炭；對堿性染料來說，泥煤、膨潤土的吸附效果也非常良好；對分散染料來說，泥煤、鋼渣、膨潤土、粉煤灰這四種無機吸附劑的吸附效果可超過活性炭。

我國的郝艷玲等對風(fēng)化煤吸附劑處理染料廢水進(jìn)行了研究，實驗結(jié)果表明，在堿性條件下經(jīng)吸附混凝后，廢水CODCr和BOD5的去除效果及廢水的脫色效果均較好。也有研究者進(jìn)行實驗研究了桉樹皮、稻殼、竹子、麥稈、野草、花生殼等天然碳纖維的吸附效果，結(jié)果表明經(jīng)過處理后的這些碳纖維對染料都有很好的吸附效果。

2.1.2 超聲波法

超聲波技術(shù)是利用頻率在15 kHz以上的聲波作用下產(chǎn)生的聲空化效應(yīng)，使水分子和染料分子離解產(chǎn)生自由基，引發(fā)超聲化學(xué)反應(yīng)，使廢水中濁度、COD等含量下降，降低廢水中有機污染物的濃度。

Ince等人利用超聲波法對染料污水處理進(jìn)行了研究，通過超聲波對染料分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的超聲化學(xué)作用，染料轉(zhuǎn)化為腙式結(jié)構(gòu)，后者更易被降解，并且隨著PH值的減小，降解程度則增加。

利用超聲波法降解廢水中的污染物，雖然成本較高，處理量偏小，但從長遠(yuǎn)來看，卻是一種清潔、簡便、有效、應(yīng)用前景良好的印染廢水處理技術(shù)，該項技術(shù)可使染料廢水的可生化性提高一倍，有效解決了單純用生物法難以降解的問題。

2.2 化學(xué)法

2.2.1 混凝法

對印染廢水中的不溶性染料和大分子有機物具有很好的去除效果的是混凝法，并且其投資少占地小，工藝簡單，操作管理方便，成為印染廢水的常用處理方法之一。

混凝法可分為沉降法和氣浮法，當(dāng)前處理染料廢水工藝較為成熟的方法是沉降法。常用的混凝劑是無機鐵復(fù)合鹽類，另外高分子混凝劑也日益增多。我國的研究者曾淑蘭、吳冰艷、方忻蘭等分別對玉米淀粉及淀粉衍生物、木質(zhì)素衍生物、甲殼衍生物三大類天然高分子絮凝劑進(jìn)行了研究實驗，在色度去除率、CODCr去除率方面都達(dá)到了良好的效果。但天然高分子絮凝劑因分子量低、電荷密度小，易發(fā)生降解，而后的人工合成的有機高分子絮凝劑則克服了以上的缺點，PAN-DCD、Wx系列高分子脫色絮凝劑、PDADMA-AM，都是比較具有代表性的人工有機高分子絮凝劑?；炷ㄎ磥淼难芯糠较蚝蜔狳c主要是開發(fā)有機-無機復(fù)合混凝劑。

2.2.2 化學(xué)氧化法

化學(xué)氧化法是在染料廢水中加入臭氧、Fenton試劑、次氯酸等氧化劑，將廢水中的污染物直接氧化，可以高效地處理污水。臭氧氧化法對多數(shù)染料都能獲得良好的脫色效果，對于有的水溶性染料和中間體廢水，該法的脫色率可達(dá)90%以上，對含活性、陽離子、酸性等染料的有機廢水，基本可以完全脫色，但臭氧法也有其局限性，主要是臭氧的水溶解性差，其發(fā)生裝置成本較高，且易造成二次污染。Fenton試劑氧化法的核心原理即利用Fe2+、Fe3+作為催化劑，在H2O2存在時，與催化劑反應(yīng)產(chǎn)生強氧化性，所產(chǎn)生的羥基自由基使染料有機物斷鏈，使有機分子氧化。為了提高Fenton試劑法的氧化能力，也有國內(nèi)外研究者運用紫外線、草酸鹽等增強Fenton試劑法的氧化和降解能力，其污水處理效果更好。在印染廢水治理實踐中，可單獨運用Fenton試劑處理有機廢水，也可與混凝沉降法、活性炭吸附法、光催化法、生物法等其他方法聯(lián)合應(yīng)用。Fenton試劑除了具有強氧化作用外，還兼有混凝作用，其脫色和COD去除率都比較高。

2.2.3 光氧化法

光氧化法主要是在有催化劑或無催化劑的情況下，運用光化學(xué)反應(yīng)，使印染污水中的有機污染物氧化降解。

在有催化劑的情況下，光催化氧化主要運用光照使半導(dǎo)體催化的電子價帶上形成空穴，導(dǎo)帶上產(chǎn)生高能負(fù)電子，遷移的電子和光生空穴使有機物氧化降解成低分子無機物。二氧化鈦是比較常見的催化劑。光催化氧化法的脫色效率高，污染物降解高效徹底，可有效節(jié)能，但催化劑從污水中的分離和回收，如何尋找更加高效的催化劑卻是光催化氧化法所面臨的問題。光電催化則是光催化氧化法發(fā)展中的一個重要分支方向，我國姚清照等運用納米結(jié)構(gòu)的TiO2膜和光透電極的實驗研究表明，利用電化學(xué)輔助光催化技術(shù)對于染料一品紅、鉻藍(lán)K、鉻黑T的降解效果最好，其去除率可達(dá)82%。

2.2.4 高溫深度氧化法

高溫深度氧化法主要包括濕式空氣氧化法、超臨界水氧化法和焚燒法。

濕式空氣氧化法是在高溫高壓條件下通入空氣，使廢水中的有機物直接氧化。在難降解染料廢水方面，主要有超臨界水氧化法，此法利用臨界溫度為374 ℃和臨界壓力為22.1 MPa的超臨界水作為介質(zhì)，當(dāng)超臨界態(tài)水形成均相氧化體系時，有機物快速發(fā)生氧化反應(yīng)，以此達(dá)到氧化分解有機物的目的。超臨界水氧化法適用范圍廣，降解效率高。高溫深度氧化法中最容易實現(xiàn)的方法是焚燒法，國外一些專家認(rèn)為，當(dāng)高濃度有機廢水COD大于100 000 mg/L，熱值高于4.1868×2 500 kJ/kg時，用焚燒法將比其他方法更加經(jīng)濟。

2.3 生物法

生物法具有運行成本低、不會產(chǎn)生二次污染、對環(huán)境污染友好的特點，是應(yīng)該廣泛的處理技術(shù)。對生化處理方式的研究主要有厭氧—好氧、生物絮凝、生物活性炭吸附、高效菌群培養(yǎng)等。

厭氧處理和好氧處理各有優(yōu)勢，前者對染料廢水的色度去除率較高，后者對色度去除率不甚理想，但對CODCr、BOD5的去除率較高，隨著染料的抗分解、抗生物降解性能越來越強，新發(fā)展的厭氧-好氧聯(lián)合處理工藝則比單獨工藝的處理污水效果更好。生物絮凝劑不但降解能力強，而且性能安全，是生物法研究的重要方向。將活性炭與微生物的作用相結(jié)合的生物活性炭吸附法，常被用作染料廢水的深度處理工序。

高效菌群是利用微生物的新陳代謝將染料廢水中的有機物分解成對水質(zhì)無害的無機物，可針對不同廢水配以不同菌群去分解不同的污染物，高效菌群中比較有代表性的是白腐真菌，其適應(yīng)性強，對有毒難降解的污染物，具有良好的脫色和降解能力。

為了減小生物法處理的負(fù)荷，提高廢水的可生化性，目前又出現(xiàn)了諸多對于生物法的改進(jìn)，比如多種生物反應(yīng)器串聯(lián)使用、絮凝法與生物法的聯(lián)用、微波法與生物法的聯(lián)用、水解酸化與生物法的聯(lián)用等。另外，國內(nèi)外的研究者們也針對生物固化技術(shù)、生物強化技術(shù)、篩選高效降解菌、培育基因工程菌等開展了實驗研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 岳治杰，楊佳財.染料廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2012，（7）.