印染廢水脫色處理試驗(yàn)研究

路紹琰，張亞南，王 亮，宋 達(dá)，鐘云龍，駱碧君，黃西平

(自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

印染工藝通常包括退漿、煮練、漂白、絲光、染色、印花、整理、堿減量等不同工序，每道工序均會產(chǎn)生不同水質(zhì)特點(diǎn)的廢水，而印染廢水即是以上各類廢水的混合產(chǎn)物，所以，印染廢水中的有機(jī)物復(fù)雜，難降解，在廢水處理的過程中色度逐漸富集并沉積，造成后續(xù)處理工藝中電滲析膜污堵[1-2]，離子遷移效率不斷下降，能耗不斷增高，最終導(dǎo)致整機(jī)停滯使用，給污水處理企業(yè)造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失，并且對現(xiàn)有廢水處理工藝造成了安全隱患，亟待對印染廢水進(jìn)行脫色處理[3-6]。為探索各種脫色方法可行性，文章利用現(xiàn)場寄來的水樣進(jìn)行試驗(yàn)研究，根據(jù)其染料的偶氮健結(jié)構(gòu)及化學(xué)特性，采用混凝沉淀、高級氧化、物理吸附等不同方法對印染廢水進(jìn)行脫色處理。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果證明氫氧化鎂納米管吸附方法可實(shí)現(xiàn)對印染廢水的有效脫色，具有較好的應(yīng)用前景。

1 脫色方法比較

1.1 投加次氯酸鈉

將廢水原液分別配置成9份30 mL試驗(yàn)水樣，在每份水樣中分別投加一定體積的次氯酸鈉試劑(有效氯大于10%)。按照水樣1～9編號，次氯酸鈉投加量分別為0.3 mL、0.5 mL、0.7 mL、0.9 mL、1.1 mL、1.3 mL、1.5 mL、1.7 mL和1.9 mL。經(jīng)過2 h后，發(fā)現(xiàn)5號～9號廢水水樣呈現(xiàn)透明狀，水體基本實(shí)現(xiàn)脫色；在延長反應(yīng)時間后，1號～4號水樣仍然存在不同程度的色度，如圖1所示。

圖1 廢水投放不同劑量次氯酸鈉試劑的脫色效果Fig.1 Decolorization of wastewater by different doses of sodium hypochorite reagent

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果可得出如下結(jié)論：該廢水脫色所需投加次氯酸鈉最少劑量約為1 mL(廢水與試劑的體積比約為30 ∶1)，即每噸印染廢水至少需投放33.3 kg次氯酸鈉試劑，并且引入了大量的鈉離子。綜上，雖然投放試劑法操作簡單，脫色效果理想，但反應(yīng)時間偏長。

1.2 投加雙氧水

將廢水原液分別配置成9份30 mL試驗(yàn)水樣，在每份水樣中分別投加一定體積的雙氧水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%)。按照水樣1～9編號，雙氧水投加量分別為0.5 mL、0.7 mL、0.9 mL、1.1 mL、1.3 mL、1.5 mL、1.7 mL、1.9 mL和2.1 mL。經(jīng)過2 h后，發(fā)現(xiàn)1號～9號廢水水樣仍然有不同程度的顏色，脫色效果不明顯，如圖2所示。

雖然添加雙氧水與次氯酸鈉同屬于氧化法脫色，它們共同的特點(diǎn)就是操作簡單，但是從圖2中可以看出，雙氧水脫色顏色變化不明顯，脫色效果一般，用時較長，工業(yè)上運(yùn)行成本也高。

1.3 臭氧曝氣法

臭氧氧化性強(qiáng)，可與廢水中的有色有味物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將有色有味物質(zhì)分解，從而達(dá)到臭氧脫色的目的。取1 L廢水水樣與容器中，利用氣泵將臭氧通入廢水，結(jié)合電磁攪拌使臭氧氣泡與廢水有機(jī)物進(jìn)行充分接觸，如圖3所示。廢水水樣在經(jīng)過60 min臭氧曝氣后，與原廢水水樣相比水體色度降低顯著，取得了較好的脫色效果，但臭氧設(shè)備投資較大，并且臭氧在水體中傳質(zhì)性能較低，氧化過程緩慢，運(yùn)行效率較低。

圖2 廢水投放不同劑量雙氧水試劑的脫色效果Fig.2 Decolorization of wastewater with different doses of hydrogen peroxide

圖3 臭氧曝氣處理印染廢水試驗(yàn)效果Fig.3 Experimental effect of ozone aeration on printing and dyeing wastewater treatment

1.4 混凝沉淀法

印染廢水中帶有負(fù)電電荷的物質(zhì)可與鋁鹽或鐵鹽所形成的帶正電荷的懸浮膠體顆粒發(fā)生強(qiáng)烈的吸附與混凝作用，有色物質(zhì)絮凝沉淀后即可實(shí)現(xiàn)脫色。根據(jù)吸附絮凝原理，取3個50 mL廢水水樣，分別以氯化鐵、硫酸鋁和硫酸亞鐵作為絮凝劑，按照一定比例加入廢水中，脫色效果如圖4所示。由左向右水樣中依次投加氯化鐵、硫酸鋁、硫酸亞鐵、廢水原液、次氯酸鈉。

圖4 廢水投放不同混凝劑的脫色效果Fig.4 Decolorization effect of different coagulants on wastewater

根據(jù)上述試驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)：廢水在加入絮凝劑后丁達(dá)爾效應(yīng)顯著，懸浮顆粒需經(jīng)2 h以上才能緩慢沉淀。此外，絮凝脫色效率僅為80%左右，與圖最右邊投加次氯酸鈉水樣相比，水體中仍含有一定的色度，透明度較低，去除效果不夠理想。綜上，吸附絮凝法對于處理該類印染廢水的效果不理想。

1.5 氫氧化鎂吸附

將廢水原液分別配置成9份30 mL試驗(yàn)水樣，在每份水樣中分別投加不同質(zhì)量的商用Mg(OH)2，氫氧化鎂的用量分別是0.5 mg/mL、1.0 mg/mL、1.5 mg/mL、2.0 mg/mL、2.5 mg/mL、3.0 mg/mL、3.5 mg/mL、4.0 mg/mL、5.0 mg/mL。在攪拌作用下，印染廢水的顏色消失明顯，大約30 min之后顏色趨于穩(wěn)定。為了更清晰分析商用氫氧化鎂的脫色率，測定了添加每個計量氫氧化鎂的脫色率，見表1。

氫氧化鎂由于緩沖性能良好(pH值最高不超過9)、活性大、吸附能力強(qiáng)、不具備腐蝕性、安全、無毒、無害，近年來廣泛應(yīng)用于酸性廢水處理、印染廢水脫色、重金屬離子去除、廢水脫磷脫銨、海(鹵)水脫硼和煙氣脫硫等領(lǐng)域，特別是帶正電荷的氫氧化鎂可以強(qiáng)烈吸附負(fù)電荷的陰離子染料而使印染廢水脫色，顯示了優(yōu)良的脫色效果。據(jù)統(tǒng)計，1 t印染廢水一般需要幾千克到幾十千克氫氧化鎂不等，同時，氫氧化鎂具有良好的脫附能力，可以循環(huán)使用，具有非常高的經(jīng)濟(jì)性。

1.6 氫氧化鎂納米管脫色試驗(yàn)研究

綜合比較上述脫色方法的試驗(yàn)結(jié)果，遴選出氫氧化鎂吸附具有較好的脫色效果和經(jīng)濟(jì)可行性，可作為印染廢水脫色的技術(shù)方案。在該方法的基礎(chǔ)上，課題組進(jìn)一步研發(fā)出Mg(OH)2納米管吸附技術(shù)，氫氧化鎂納米管是一種中空管狀的一維納米結(jié)構(gòu)，具有更高的比表面積。利用該管道的特殊結(jié)構(gòu)，氫氧化鎂納米管具有比普通商用氫氧化鎂更高的吸附性能。

試驗(yàn)過程中，課題組用普通商用氫氧化鎂和氫氧化鎂納米管處理印染廢水，由于顏色變化很大，肉眼無法進(jìn)行區(qū)別，采用脫色率來判斷各水樣的脫色效果。如表1、圖5。

表1 氫氧化鎂納米管和商用氫氧化鎂的脫色效果比較Tab.1 Comparison of decolorization effects between Mg(OH)2 nanotubes and commercial Mg(OH)2

圖5 氫氧化鎂加入量對脫色率的影響Fig.5 Effect of Mg(OH)2 addition on decolorization rate

根據(jù)上述試驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)，氫氧化鎂納米管比商用氫氧化鎂的脫色效果好，用時短，用量小，是一種很有潛力的吸附劑。目前，課題組已完成對氫氧化鎂納米管制備技術(shù)的攻關(guān)，已證明通過水熱工藝可以進(jìn)行生產(chǎn)，在廢水處理領(lǐng)域具有良好的性價比。

2 結(jié)論

針對某印染工業(yè)園區(qū)廢水處理，課題組采用了不同的脫色方法，分別為投加次氯酸鈉、投加雙氧水，混凝沉淀、臭氧曝氣法、氫氧化鎂納米管吸附，通過研究比較發(fā)現(xiàn)，利用氫氧化鎂納米管處理印染廢水，脫色現(xiàn)象明顯，用時短，工藝過程簡單、運(yùn)行成本低、脫色效果佳且無其他離子引入，無沉淀物生成等優(yōu)勢，具有較好的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)可行性。