紡織工業(yè)廢水處理技術(shù)應用及研究進展

趙 軍

（山東碧清檢測技術(shù)咨詢服務有限公司，山東 德州 253000）

紡織品廢水中通常包含各種化學物質(zhì)，例如染料（即偶氮染料，三苯甲烷染料，蒽醌染料，亞硝基染料，黃嘌呤染料，酞菁染料，聚次甲基染料和靛類染料）和無機化合物（金屬）[1]。高色密度，高難降解有機物和pH值，高鹽度和濁度的特征使紡織品廢水成為要處理的污染最嚴重的水。大多數(shù)染料都屬于偶氮基團，這些偶氮基團通常具有很高的穩(wěn)定性，并對環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)具有致癌作用。因此，紡織廢水的處理技術(shù)成了近些年的研究熱點[2]。

1 物理化學處理技術(shù)

1.1 光降解

合成紡織廢水中亞甲基藍（MB）染料的光降解潛能，利用TiO3/GO復合物用于有效的處理，所獲得的MB最高降解率為95%，并在TiO3/GO為1:2劑量比，3小時的紫外線照射下，pH值為9.0、5 mg/L的MB濃度和0.5 g/L的復合材料的MB濃度時，可獲得最佳降解速率。但是，這種處理技術(shù)存在缺點，在光降解過程中會產(chǎn)生MB副產(chǎn)物，所以建議應進一步進行生物處理；在另一項研究中，專家們使用等離子光催化劑將紡織染料氧化，設計了一種以ZnO為半導體，銀納米顆粒為等離子體基的復合等離子體激元光催化劑。與僅使用ZnO相比，該研究的反應速率常數(shù)提高了54%。

1.2 高級氧化技術(shù)與臭氧

高級氧化工藝基于臭氧的過程，光化學過程，光芬頓過程和電化學過程的性能。認為先進的氧化工藝是紡織品廢水修復中最有前途的處理技術(shù)。使用Fenton（零價鐵和過氧化氫）技術(shù)進行紡織品染料處理的研究，該研究在pH值為3時，H2O2=24.3 mM，SZVI=2 000 mg/L下分別實現(xiàn)了76%，71%和96%的COD，TOC和顏色去除，并獲得了最佳去除效率。這項研究最終導致廢水的毒性顯著降低，從60%降低到20%，和生物降解性的提高，從0.22到0.40；在另一項研究中，有人通過臭氧-芬頓（O3/H2O2/Fe2+）組合氧化工藝去除了分散藍79。該研究在150 mg/L H2O2、20 mg/L Fe2+，60分鐘反應時間和288 mg/L臭氧流速下實現(xiàn)了85%的COD去除率；有研究將催化臭氧化作為降解紡織品廢水的一種方法，將Cu改性ZnO以增強氧化活性，獲得的結(jié)果表明在pH值為7的30分鐘內(nèi)可實現(xiàn)89%的COD去除率。

1.3 電化學

電化學氧化主要由過氧化物凝結(jié)，F(xiàn)enton電化學和陽極氧化過程組成。通過處理效率比較得出，最佳的處理方法是電凝和Fenton技術(shù)相結(jié)合。經(jīng)過優(yōu)化的過程可達到100%的顏色，100%的濁度和97%的TOC去除率；研究了通過電化學降解去除偶氮染料剛果紅（CR）的方法。利用在玻璃碳電極（GCE）上制備的氧化石墨烯（GO）納米顆粒作為創(chuàng)新的CR處理方法。通過研究，他們發(fā)現(xiàn)了一種較好的去除辦法。

1.4 混凝-絮凝

選擇有機混凝劑和無機凝結(jié)劑硫酸鋁。研究結(jié)果表明，有機凝結(jié)劑的去除效率高于硫酸鋁。該研究還發(fā)現(xiàn)pH是影響凝結(jié)效率的關(guān)鍵因素；在另一項研究中，有人使用三種類型的混凝劑（聚硫酸鐵，PFS/FeSO4-和加氣的PFS/FeSO4-）研究了紡織品廢水中Sb（V）的去除。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，加氣的PFS/FeSO4-在pH 5-6時可實現(xiàn)94%的最高Sb（V）去除率，磷酸鹽的存在通過形成磷酸鹽Sb（V）配合物導致了Sb（V）還原的增強。得出的結(jié)論是，在使用充氣的PFS/FeSO4-吸附Sb（V）的過程中，形成了內(nèi)層表面復合物，并進一步提高了去除效率。

1.5 吸附

活化過程的基本原理是增加砂的表面積和負電荷，從而提高吸附能力。使用不同的接觸時間（3-30 min）和吸附劑量（12.5-100 g）進行了批量吸附研究，以使用Lagergren的擬一階，二階和粒子內(nèi)擴散模型進行動力學研究，研究了染料的去除動力學。研究得出結(jié)論，擬二階模型擬合效果最好，相關(guān)系數(shù)最高（R2>0.995），并表明堿活化砂可以用作紡織工業(yè)中具有成本效益的吸附劑；Xu等人提出了活性炭和催化臭氧化工藝結(jié)合，以提高織物廢水的處理效率。報告得出最佳的31%的化學需氧量和99%的色度去除率。分別是在100 mg/L的濃度，15.7分鐘的接觸時間和2.9的氣液比下進行研究，還發(fā)現(xiàn)通過氣相色譜-質(zhì)譜法分析可100%去除廢水中的揮發(fā)性酚，硫化物和苯胺。

2 生物法處理技術(shù)

2.1 真菌過程

真菌菌株黑曲霉真菌表現(xiàn)出98%的酸性染料去除效率以及顯著的脫色能力。因此真菌菌株曲霉可以作為廢水處理中有前途的生物吸附劑，并調(diào)節(jié)染料溶液的pH值可以進一步提高整體性能；有人利用絲狀真菌碳曲霉M333（AC）和青霉菌Pg1（PG）達到了真正的紡織工業(yè)廢水的脫色和有機物去除的目的。建立了分批和連續(xù)進料的填充床生物反應器，以研究COD的去除和脫色效率。結(jié)果表明，連續(xù)流生物反應器能夠?qū)崿F(xiàn)79%的脫色和68%的COD去除效率。間歇式反應器分別達到98%的脫色率和70%的COD去除率。得出的結(jié)論是就COD和脫色效率而言，與AC相比，PG真菌是最有效的處理方法；還有利用絲狀真菌處理超濾膜處理了真實的紡織品廢水，根據(jù)3、5和9天的生長期測量了真菌的生長，研究結(jié)果表明脫色率達到91%，使用真菌的超濾膜可減少73%的COD。

2.2 藻類

利用原核藻類和真核藻類的生物吸附能力研究了對酸性紅（一種常見的紡織染料）的去除效果，研究了各種操作參數(shù)。總體而言，結(jié)果表明在pH為2的條件下使用99%染料的藻類進行吸附去除可以實現(xiàn)最大的染料生物吸附率。此外，通過等溫線和偽二級動力學模型來確定生物吸附動力學。得出結(jié)論，動物藻是用于紡織品廢水處理的最有前途的生物吸附劑；從生物量的產(chǎn)生，重金屬的還原，使用六種不同的微藻菌株（綠藻科）的脫色研究了紡織品廢水的處理。觀察到大量重金屬（Cu，Pb，Al，Se和V）的還原和脫色效果來看，得出的結(jié)論是，微藻生物質(zhì)的回收與紡織廢水的處理相結(jié)合，是一種有前途且可持續(xù)的生物燃料開發(fā)方法，可以抵消營養(yǎng)豐富的廢水的負面影響；使用電微藻柵藻降解了偶氮染料。通過將氧化石墨烯納米片與綠藻柵藻偶聯(lián)，生產(chǎn)了新型的氧化石墨烯和基于藻類的可持續(xù)納米復合材料。結(jié)果表明，該仿生納米復合材料在可見光下150分鐘內(nèi)成功去除90%的DR 31染料。將GO薄層與藻類結(jié)合使用可提高脫色效率并改善脂質(zhì)生產(chǎn)。這種生物納米復合材料是一種紡織品水處理的替代解決方案，它是一種可重復使用，經(jīng)濟且環(huán)保的方法。

2.3 細菌過程

使用新型的微需氧細菌群落處理了包含27種染料的生紡織品廢水，結(jié)果表明，在37°C下反應32小時，可實現(xiàn)98%的COD和88%的染料去除。并且該細菌群落可作為一種有前景的紡織品廢水污染的土壤處理方法；還有通過分離細菌菌株調(diào)查了導致紡織品廢水脫色的主要細菌種類。已使用16S rDNA測序分析，得出結(jié)論，細菌分離物TS20是去除紡織廢水中顏色最主要的細菌種類；有研究從紡織廢水中分離出的三種細菌分離株（芽孢桿菌AZ28，蠟狀芽孢桿菌AZ27和糞便產(chǎn)臭桿菌AZ26）對超級黑G染料（NSB-G）的修復。該研究在96小時后于37 ℃，pH值為8的條件下基本去除了90%的NSB-G染料，結(jié)果還表明，添加500 mg/L的NSB-G染料可實現(xiàn)細菌的最佳生長。

3 組合技術(shù)

高級氧化工藝和生物處理相結(jié)合的方法去除廢水中的染料是由H2O2的高級氧化工藝和嗜水氣單胞菌SK16的生物處理組成。單獨的處理對活性黑5，雷馬素紅（RR）和活性紅180（RR180）具有的72%脫色；組合處理顯示出所有上述染料具有100%去除。RR 180的單個過程和組合過程的COD和BOD去除分別為78%和68%，RR分別為42%和47%；在另一項研究中，有使用ZnO/UV和TiO2/UV光催化技術(shù)，通過集成的生物工藝處理工業(yè)紡織品廢水，該研究產(chǎn)生的有機碳總量>80%，脫色率達到98%，TiO2/UV和生物處理相結(jié)合表現(xiàn)最好，TOC去除率達到63%，脫色率達到97%。降解機理主要由礦化和異質(zhì)光催化過程組成。最后，開發(fā)了一種厭氧-好氧生物處理的組合工藝來處理紡織品廢水。該組合系統(tǒng)由厭氧和好氧順序分批反應器組成，并具有令人滿意的去除效率：COD達到99.5%，色度78.4%和99.3%。該系統(tǒng)的其他好處包括產(chǎn)生3.51±0.30 L/Ld的沼氣。

4 結(jié)論

討論了物理，化學（即吸附，高級氧化過程和凝結(jié)絮凝等），生物處理和組合處理有關(guān)的各種應用研究。討論的文獻表明了COD去除，染料降解和色度去除等相關(guān)的各種處理效率，這些數(shù)據(jù)都在文中有體現(xiàn)出來。此外，建議未來的研究需要集中在參數(shù)優(yōu)化和組合紡織品處理工藝的實用性上，以及在未來紡織工業(yè)環(huán)境中的研究替代和優(yōu)化處理系統(tǒng)的可行性，特別要注意完整性、效率和處理過程。