水处理技术进展

染料废水处理方法简述摘 要：本文对染料废水的相关处理方法作了简述 ,包括物理化学法（膜分离法、吸附 - 萃取法）、化学处理法（化学絮凝法、化学氧化法）、生物处理法，同时作了展望。关键词: 染料废水 ; 物理化学法 ; 化学处理法 ; 生物处理法A brief introduction to the treatment of dyestuff wastewaterSong Yuxin (Kunming University of Science and Technology, Grade 2015 Student ID: Yun Nan ) Abstract: This literature has a simple introduction to the treatment methods of dyestuff wastewater , including physical-chemical process , chemical process and microbial process. And have a prospect .Key words: dyestuff wastewater ; physical-chemical process ; chemical process ; microbial process水在社会生活中的方方面面不可或缺，世界各国大都将水资源作为战略资源写入到了政治纲领中而成为国家长久发展过程中的重要国策之一，由此可见，水源关乎人类社会发展举足轻重。就我国而言，废水排放量高达400亿吨每年，其中，染料废水占了很大比例，是导致水环境污染的主要贡献者。当能够印染出各种美好图案的染料被排入到了水体之中，染料完全失去了其能造就美好的意义，致使水体也失去了原本的美好；另外科学技术水平的迅猛提升，使得本来对染料降解就很有难度的情况变得更为棘手，针对水体主要污染源之一中的染料污废水处理不可小觑。目前为止，国内外针对有机染料废水研究治理的专家学者及有关人士不乏其人，常用的治理方法，如物理吸附1、生物降解2等等。但是这些处理方法在很大程度上不能达到节能减排降耗的目的，另外其又不可避免带来二次污染问题等等，清洁生产的同时而又节能的污染治理手段应时代要求而生。染料废水主要包括染料生产废水和印染工业废水。目前,染料主要是以芳烃和杂环化合物为母体,并带有显色基团和极性基团,结构日趋复杂,性能也越来越稳定,这给印染废水的处理带来了更大困难。染料废水具有组分复杂、色度高、COD和BOD浓度高、悬浮物多、水质及水量变化大、难降解物质多等特点,是较难处理的工业废水之一。染料废水的处理方法主要包括生物氧化法、氧化法(化学氧化,光催化法,微波协同法)、吸附法、混凝法和电化学法等。下面,将对各种处理方法进行归纳总结。2010年我国染料产量达到75.6万吨，占世界染料总产量的60%，居世界首位。同时，染料行业也属高能耗，高污染产业。据测算3 我国每生产1t染料，大约排放废水744立方米。在生产和使用过程中约有10%20%染料释放到水体中4。按2010年我国染料生产总量计算，将有7.5615.12万吨染料随废水直接进入水体环境。染料生产的基本原料为苯系、萘系、蒽醌、苯胺及联苯胺类化合物，且在生产工艺过程中多与金属、盐类等物质螯合，造成了染料废水多为含盐，含氯化物或溴化物、微酸或微碱、含金属离子、含硫的高化学需氧量（COD），高色度，“三致”毒性的难降解有机废水5,6。染料废水大量进入我国水体环境，已成为威胁我国水环境安全的重要因素之一。纺织印染工业是最大的污染源和水资源消耗者之一。随着染料合成、印染等工业废水的不断排放和各种染料的不断使用,进入环境的染料数量和种类不断增加,染料造 成的环境污染日趋严重。据报道,全世界每年以废物形式排入环境的染料约6 万t，特别是含有机染料污水具有水量大、分布面广、水质变化大、有机毒物含量高、成分复杂以及难降解等特点7,8,9,对水生生态系统及其边界环境产生了巨大的冲击,其毒害事件日益暴露。为了解决有机染料对环境的污染,人们采用了不同方法与技术对含有染料的废水进行了各种处理途径的尝试,并取得了一定进展。为了使这些方法更为有效地得到实际应用,我们进行了较为系统地归纳、总结与评论,以促进更为有效、经济地从根本上解决有机染料废水处理这一棘手的问题。1 物理化学法1.1 活性炭吸附剂作为一种优良的吸附剂,活性炭已广泛用于水处理工程中。活性炭吸附法对印染废水有良好的脱色效果10。活性炭对染料具有选择性,其脱色性能顺序依次为碱性染料、直接染料和硫化染料。由于价格昂贵, 再生困难, 活性炭一般只用于浓度较低的印染废水处理或深度处理11。1.2 膜分离法膜分离技术是近几十年发展起来的一类新型分离技术。具有低能耗、操作简单、 可回收有用物质等优点。应用于染料废水处理的膜技术主要有超滤、纳滤和反渗透。1.3 吸附-萃取法20世纪70年代以来,工业废水处理广泛应用吸附分离技术。染料废水处理中, 吸附法主要应用于预处理和深度处理,活性炭和树脂等是常用的吸附剂,但其缺点是成本高,需要再生。因此,改进该方法的关键是低成本吸附剂的研制,这方面近年来已取得了较大进展。Sanghi 等12认为,一些生物可降解的、低成本的甚至是废弃物都是有效的吸附剂。粉煤灰由于来源广泛,价格低廉,因而在印染废水处理方面有较大的潜力。阎存仙13研究了粉煤灰对活性染料、酸性染料、直接染料、阳离子染料、硫化染料和还原染料的脱色能力,确定了脱色率为91%99%时的工艺条件;他的结果还表明, 用粉煤灰处理染料废水既能降低色度又能去除大量COD。Qodah14采用页岩油灰处理活性染料废水,效果良好。Ozacar 等15的研究表明,利用自然界广泛存在的明矾石矿石,经过高温烧结后,用于去除废水中的酸性蓝40、酸性黄17等有机染料,其效果甚至比粒状活性炭更好。宋光蒲等16研究了阳离子交换纤维对阳离子染料的脱色作用,结果表明,阳离子交换纤维只要制作得当,其吸附、脱色性能远优于一般活性炭。萃取技术也是含染料废水有效处理的方法之一。骆广生等17基于染料的荷电性质,选用几种有代表性的染料以正丁醇为萃取剂研究了电泳萃取方法进行染料水处理的可行性,实验结果表明,电泳萃取技术是一种很好的染料回收技术。Pandit 等18采用可逆胶囊液-液萃取方法,通过把有机染料(有机相) 与水相分离而使废水得到处理。其原理是存在于可逆胶囊中与染料相异电荷的表面活性剂主要基团与染料分子之间的静电作用。他们的研究表明,在阳离子十六烷基三甲基溴胺表面活性剂存在下,阴离子甲基橙从水中得到有效地分离；在阴离子十二烷基苯硫酸盐表面活性剂存在下,戊基乙醇作为萃取溶剂,阳离子亚甲基蓝也得到有效分离。2 化学处理法2.1 化学絮凝法2.1.1 无机混凝剂目前使用的无机混凝剂包括金属盐类和无机高分子聚合电解 质 , 其中以铁盐、铝盐为主,镁盐应用不多。铁盐主要有Fe2(SO4)3、FeCl3、聚合Fe2(SO4)3 (PFS)、聚合FeCl3 (PFC),铝盐主要有Al2(SO4)3、AlCl3、聚合Al2(SO4)3 (PAS)、聚合AlCl3(PAC)。一般情况铝、铁盐等无机混凝剂对以胶体或悬浮状态存在于废水中的染料有良好的混凝效果,而对水溶性染料中分子量较小、不易形成胶体微粒的染料混凝效果较差19,另外,还可去除水中悬浮物。2.1.2 有机高分子絮凝剂由于分子量较大,溶入水中后分散为巨大数量的线性分子,有机高分子絮凝剂对水 中胶体悬浮粒子的吸附架桥能力强,对染料废水,尤其是水溶性染料废水比无机混凝剂具有更好的脱色性能。且对废水pH值要求较宽,因而有更广阔的应用前景。以聚丙烯腈为主链,用二氰二胺在碱性条件下进行侧链改性得到的高分子絮凝剂PAN-DCN,对中性染料、活性染料、酸性染料废水的脱色率均9 0%以上,兼有去除部分COD的效果20。2.2 化学氧化法2.2.1 氯氧化法常用的氯氧化剂有液氯、漂白粉、次氯酸钠和二氧化氯等。氯氧化剂对于易氧化的水溶性染料如阳离子染料和易氧化的水不溶性染料如硫化染料有较好的脱色效果 , 对于不易氧化的水不溶性染料如还原染料、分散染料等,脱色效果较差。当废水中含有较多悬浮物和浆料时,氯氧化法去除效果不理想。采用混凝-二氧化氯组合工艺处理 , 色度去除率达95%, COD去除率82.583.7%21。2.2.2 臭氧氧化法臭氧是良好的脱色剂。对含水溶性染料废水其脱色率很高。对含不溶性分散染料废水也有较好脱色效果。但对以细分散悬浮状存在于废水中的不溶性染料如还原、硫化染料和涂料,脱色效果较差。臭氧氧化与紫外光辐射22或活性碳吸附23联合处理印染废水,可进一步提高脱色率和COD去除率,但运行费用偏高。2.2.3 光催化氧化法常用的光催化剂有TiO2、Fe2O3、WO3、ZnO等,TiO2由于具有无毒、较高的催化能力和较好的化学稳定性等优点,成为应用最广泛的光催化剂。悬浮态纳米TiO2对染料脱色率高,但难以回收24。负载型纳米TiO2克服了该缺点,且具有催化活性良好、 性能稳定、可重复使用的优点25 ，显示出良好的应用前景。2.2.4 湿式空气氧化法湿式空气氧化法是在高温高压条件下,利用空气作为氧化剂将废水中的有机物氧化CO2和H2O的方法。具有处理效率高,氧化速度快,无二次污染等特点。用湿式空气氧化法处理印染废水,在去除部分有机污染物的同时,可提高其生化降解性26。在中温和压力下,加入过渡金属盐催化剂如硝酸盐、硫酸铜能加快实际纺织废水的湿空气氧化反应速率,且能显著提高COD和TOC去除率27。3 生物处理法由于微生物具有来源广、易培养、繁殖快、对环境适应性强、易变异等特性,在生产上能较容易地采集茵种进行培养增殖,并在持定条件下进行驯化,使之适应有毒工业废水的水质条件,从而通过微生物的新陈代谢使有机物无机化,有毒物质无害化28。加之微生物的生存条件温和,新陈代谢过程中不需高温高压,它是不需投加催化剂的催化反应,用生化法促使污染物的转化过程与一般化学法相比优越得多,其处理废水的费用低廉,运行管理较方便,所以生化处理是废水处理系统中重要的过程之一。目前,这种好氧生物处理法已广泛用作生活污水及工业有机废水的二级处理,其主要工艺技术分为活性污泥法、生物接触氧化法、缺氧水解-好氧生物处理法、生物转盘、塔式滤池。刘兴旺等29对模拟染料废水的厌氧生物处理进行了研究,模拟中温厌氧消化条件,处理模拟染料废水,厌氧反应22h左右,保持污泥浓度在24g/L,可使废水色度和 COD同时达到较好的去除效果,一般脱色率和 COD去除率可分别达到90% 和 70 %。目前,对于生物法的改进主要有:多种生物反应器串联使用、絮凝法与生物法的联用、微波法与生物法的联用、水解酸化与生物法的联用,以及新型生物法的使用。主要目的都是减小生物法处理的负荷,提高废水的可生化性。钱进等30研究了某小型染料化工厂采用铁曝气法混凝沉淀厌氧法好氧法水解酸化接触氧化混凝气浮工艺处理难降解的工业废水,指出了系统调试运行过程中遇到的问题及其相应的解决对策。经实践运行,出水水质达到GB89781996的一级排放标准。彭晶等31,研究了水解酸化与好氧生物法对还原性染料的处理效果,结果表明,当染料废水的 (COD)1200mg/L时,在水解反应器、酸化反应器和曝气池的水力停留时间(HRT)分别为60h、70h和60h 的条件下,出水可以达到国家二级排放标准。酸化工艺虽然COD去除率低,甚至出现负去除率,但酸化后有机物更易于生物降解,加速了后续好氧处理工艺的进程 。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、过滤等单一方法的研究 , 对于多种方法的联合使用的研究也成为热点。更重要的是,科学家们引进了大量的电、 磁、光、热方法去处理难降解物质,大大拓宽了理论和技术范围。在传统的生物方法基础上的多学科交叉研究,将是解决染料废水处理难题的主要发展方向。染料的清洁生产和清洁使用也是研究的重要方向,把研究重点从末端治理转移到防治污染上来 , 这需要对生产工艺,过程管理等方面进行更深入的研究。随着人们对环境质量要求不断提高和改善,废水排放标准要求也越来越严格。对印染废水而言,由于成分复杂,单独的化学法或生物法等都难以达到排放要求。因此, 在选择废水处理技术时,应对废水的污染物组成、性质等充分调查,掌握生产工艺和水质水量的变化情况,了解各类处理方法的基本原理和特点,必要时,还要进行试验。印染废水的污染治理应打破以往单纯末端治理观念,注重防治结合的原则,实施清洁生产,进行源污染控制,如实施涂料染色新工艺,丝光淡碱回收技术等,使资源和能源得到充分利用,减轻末端治理的压力,以实现可持续发展的战略目标。参考文献：1 王永生, 周玉梅, 王燕青, 等. 凹凸棒粘土对水中亚甲蓝的吸附性能J. 环境工程学报, 2013, 7(3): 1010-1016.2 张璐, 姜理英, 陈建孟, 等. 生物氧化锰对水体中17-雌二醇的氧化降解J. 水处理技术. 2012, 38(10): 57-61.3 Yang Qingxiang ,Jia zhenjie ,Yang Min . 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