印染废水的处理方法

印染废水的处理方法

        纺织印染废水具有水量大、有机物含量高、碱性大、水质变化大等特点，属难处理的工业废水之一。常用的印染废水处理技术有生物降解法、化学氧化法、絮凝法、离子交换法、活性碳脱色法、膜分离法、电渗析法、吸附法、臭氧脱色法及电化学法等。印染废水的水质随加工的纤维种类和采用工艺以及使用的染化料的不同而异，污染物组分差异很大。如何在众多的处理方法中选择适宜的处理工艺，做到运行成本既合理，污染物去除效果又好，成为工程设计中的关键。为了对印染废水处理工艺有更深入的了解，文章就几种主要的污水处理技术在印染废水综合处理中的应用作简要介绍，并就其优缺点进行评释和展望。
    1·吸附法
    吸附法是利用活性炭、活性粘土、离子交换纤维、膨润土、硅藻土、煤渣、粉煤灰等具有吸附性能的吸附剂，对废水中的色素、染料及其他有害成分进行吸附去除。传统的吸附剂对去除废水中溶解性有机物十分有效，如对阳离子染料、直接染料、活性染料、酸性染料等水溶性染料的吸附处理，但不能去除废水中的胶体及疏水性染料。
    近年来，随着科研工作者对吸附法进行了大量深入研究，开发出多种复合型或改性的吸附剂，对印染废水脱色效果有了明显提高。有研究者利用某些集吸附与絮凝功能为一体的吸附剂，如硅藻土经酸化、热活化即可制备兼有吸附絮凝两种功能的硅藻土复合净水剂，其对印染废水处理脱色效果很好[1]。粉煤灰经化学改性活化后，生成兼有絮凝性能的改性粉煤灰，不但对疏水性染料废水脱色率很高，对亲水性染料也有一定的脱色率[2]。杭瑚等用膨润土吸附多种有机染料的试验表明[3]，复合膨润土对阳离子染料的吸附脱色性能最好，以质量分数为0.01%的膨润土加0.005%的聚合氯化铝(PAC)，可使阳离子染料为主的印染污水脱色率达到94%～100%。活性炭对分子量小的染料分子脱色效果较好，对大分子量或疏水性染料的脱色效果较差，由于活性炭吸附处理存在价格高、再生较困难、综合处理费用偏大等缺点，实际废水处理工程中很少采用。
    2·絮凝法
    絮凝法是废水处理中应用得最广泛的一项技术，具有投资费用低、设备简单、占地少、处理量大等众多优点[4]。该技术通过向废水中投加一定量絮凝剂，然后采用混合、反应、沉淀工艺，使废水得到净化。絮凝法的关键是如何选择高效絮凝剂和有效的絮凝工艺。常用的絮凝剂包括无机低分子絮凝剂(硫酸铝、三氯化铁等普通电解质)、无机高分子絮凝剂(聚合硫酸铁、聚合氯化铝等)和有机高分子絮凝剂(聚胺、聚铵盐等)。絮凝法处理印染废水除了能去除废水中的各种有机、无机污染物外，还有很好的脱色效果，因此得到了广泛应用。
    3·氧化法
    氧化法对废水中有机污染物的去除十分有效。由于印染废水中的染料分子十分稳定，只有高级氧化技术才能有效破坏染料分子结构，从而取得良好的处理效果，常见的废水高级氧化技术包括Fenton试剂氧化法、光化学氧化法、超声波法和超临界水氧化法等。
    Fenton试剂氧化法是通过在处理过程中产生具有极强氧化能力的羟基自由基(OH)，能把废水中的染料分子氧化分解，从而达到脱色的目的。为了提高氧化效果，实际Fenton试剂氧化法处理废水中必须避免FeSO4·7H2O(催化剂)过量，防止H2O2过量消耗，调节好pH，使反应系统处于最佳pH范围(pH=3～5)[5]。
    光化学氧化法是近20年来才进行研究的新型水处理技术。根据反应机理的不同，可分为光分解、光敏化氧化、光激发氧化和光催化氧化。其中光催化氧化法研究比较成熟，应用得比较多。光催化氧化具有非选择性氧化各类有机物并使之矿化、可以用太阳能代替UV光源、清洁而经济、设备简单等优点，是一项很有前途的废水处理技术。孙尚梅等采用TiO2光催化氧化法处理毛纺染整废水结果表明，处理效果优于生物法[6]。程沧沧等对可溶性的染料酸性玫瑰红B和晒化绿B进行光催化降解研究，结果表明，在实验条件下，其降解率分别为92.4%和91.3%[7]。TiO2光催化氧化法在pH为3～11时，使染料水溶液产生原子氧和羟基自由基，具有很好的脱色效果，如亚甲基蓝溶液的光催化脱色及降解[8]。有作者用铁-草酸、铁-柠檬酸、铁-丁二酸络合物作催化剂，在紫外光照射下进行印染废水脱色实验，pH为2～4时，铁-羧酸配合物生成烷基、羟基等多种自由基使印染废水氧化脱色[9]。
    超声波降解技术作为一种新的废水处理技术兴起于上世纪90年代初，该处理技术主要是利用废水中有机物在超声波空化作用下得到降解。超声空化是液体中的一种极其复杂的物理现象，是指液体中微小泡核在超声波作用下被激化，表现为泡核的振荡、生长、收缩和崩溃等一系列动力学过程。在空化作用产生的高温、高压下，水分子裂解产生强氧化性的自由基OH和H2O2，进而引发各种化学反应，使废水中有机物得以降解。超声波降解技术可认为是氧化法的一个特例。国内外大量研究结果表明，超声波降解技术对印染废水中有机物的去除效果很好，可以将其中的染料分子有效降解。华彬等利用超声波技术对酸性红B(C20H12O7N2S2Na2)染料模拟废水进行了降解研究，在NaCl浓度为1000 mg/L、处理时间为50 min时，酸性红B的降解率达到了90%[10]。
    超临界水氧化法(SCWO)也是一种新型的高效废水处理技术。它是利用超临界条件(T>647 K，P>22 MPa)下水的独特性质：在超临界状态下，水的密度约为普通水的1/3，粘度却接近于水蒸汽，故其扩散能力比普通的液态水大100倍左右，水的介电常数由78.5降至5.0，具有了非极性溶剂的特性，能与烃类及其他有机物完全互溶，从而大大提高了反应过程的传质速率，显著提高了有机污染物的降解速率[11-13]，使废水中的有机物与氧气充分互溶反应，将之氧化成CO2、H2O和其他小分子化合物，从而达到降解水体中的有机物的目的。
    4·电化学法
    印染废水的电化学净化都是通过电极反应发生的。一般先将含有大量染料分子的印染废水调节pH至7～9范围内，通过一个电解槽，用铁、氧化铁或含铁金属做成阴极进行电解反应。电解过程中，阴极电解成二价铁离子，它们遇到阳极产生的氢氧根离子，即生成氢氧化铁沉淀，随后染料分子和其它有机物粘结在这些氢氧化铁沉淀物上而下沉[14]。根据电极反应发生的方式不同，电化学法可进一步划分为内电解(也称微电池)法、电絮凝法、电气浮法和电氧化法。
    电化学法对含酸性染料的印染废水有较好的处理效果，脱色率可达50%～70%，但对颜色深、CODCr高的印染废水处理效果较差。对染料分子的电化学性能研究表明，各类染料在电化学法处理过程中，其CODCr去除率的大小顺序为：硫化染料、还原染料>酸性染料、活性染料>中性染料、直接染料>阳离子染料[15]。
    目前，利用电化学法处理印染废水的技术日臻完善，大有推广应用的趋势。管锡等用三维电解法对分散染料和活性染料进行脱色试验研究，结果脱色率均在90%以上[16]。管玉江、杨卫身用复极性固定床电解槽对水溶性染料进行电解脱色，结果表明，通过氧化还原作用，可以破坏偶氮、蒽醌、三芳甲烷、杂蒽类、酞菁等各类染料的发色共轭体，使染料降解脱色[17]。
    5·生物降解法
    生物降解法是利用废水中微生物的代谢作用分解有机物，是处理有机废水最经济有效的方法之一。根据微生物呼吸过程的需氧要求不同，可分为好氧处理和厌氧处理两大类，具体包括活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、废水厌氧及兼氧生物处理法等。
    其中活性污泥法具有处理效果好、适用范围广、结构紧凑、处理水量大、运行成本低等优点[18]，其主要缺点是基建费较高，且操作不当易发生污泥膨胀现象，需严格管理。生物膜法分为生物滤池法、生物转盘法、生物接触氧化法(浸没式滤池法)及生物流化床法。塔式生物滤池法具有结构紧凑、布局合理、管理方便、动力消耗小和经常性费用低等优点。生物转盘法的优点是操作简便、运行管理方便、动力消耗较小、处理成本较低和处理效果较稳定，但存在占地面积大、基建投资较高和耐废水水质变化的缓冲能力差等缺点。生物接触氧化法具有生物膜法和活性污泥法的特征，该法具有负荷高、停留时间短、操作管理方便、处理效果好和占地面积小等突出优点。
    近年来，由于纺织产品的结构性调整，大量新型染料被应用于印染工业生产中，印染废水中出现了大量较难降解的新有机污染物质，导致印染废水的可生物降解性能进一步变差。针对此情况，采用厌氧一好氧组合的处理方法比单纯采用好氧治理方法在脱色效果、去除有机污染物能力上均有所提高。
    一般而言，生物降解法对印染废水的脱色和CODCr去除率均不高，并且处理时间较长。要提高生物降解法对印染废水的脱色处理，关键是筛选出高效生物降解菌种，构建具有高降解能力和絮凝活性的菌株，强化对难降解有机物的去除，同时生物降解之前应对印染废水进行必要的预处理，以降低生物处理负荷或提高印染废水的可生化降解性。
    6·结束语
    总之，印染废水是一种水量大、色度高、成分复杂、水质变动范围大的难处理工业废水。对印染废水的处理包括有机污染物去除和脱色两大方面，其处理方法多种多样。有机物的去除一般以生物法为主，对难于生物降解的印染废水，采用厌氧(水解)?好氧联合处理较为合适，对易于生物降解的印染废水，可采用一段生物处理。对色度的去除一般以物理化学方法为主，对于规模大、经济实力雄厚、技术水平高的企业，可采用化学絮凝、电解、臭氧化等工艺，对于广大小规模企业，一般采用絮凝沉淀法或絮凝气浮法处理。从我国印染废水治理技术的现状来看，尽管经过多年努力，已取得一批实用技术，解决了不少问题，但总体上没有实质性的突破，特别是设备落后、产品结构不合理等因素的存在，加重了印染废水的治理难度。因此，解决印染行业废水污染环境问题除了大力开发新的处理工艺外，更重要的对印染工艺进行革新，通过采用先进的生产工艺来尽量从源头减少废水的产生量。
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