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摘要:染料廢水成分復(fù)雜,色度深,COD含量高,是最難處理的工業(yè)廢水之一,因此人們要合理選擇染料廢水處理方法。目前,物理法、化學(xué)法和生物法是常用的三種基本工業(yè)染料廢水處理方法。本文綜述了工業(yè)染料廢水處理工藝的研究進展,分析了染料廢水處理問題,展望了工業(yè)染料廢水處理工藝的未來發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞:染料廢水;物理法;化學(xué)法;生物法
隨著社會的進步,人們的生活更加豐富多彩,染料工業(yè)也得到了發(fā)展,我國已成為印染業(yè)第一大國,每年染料產(chǎn)量為20~25萬t。染料廢水具有成分復(fù)雜、色澤深、毒性大、酸堿性強、含鹽量高等特點[1],如果不經(jīng)處理直接排放到水體中,會造成相當(dāng)大的污染。由于染料廢水成分復(fù)雜且含量高,處理難度非常大,除了少數(shù)的大型染料生產(chǎn)企業(yè)對廢水采用多級處理外,大部分企業(yè)只對廢水進行一級處理,甚至不經(jīng)處理直接排放。染料廢水的直接排放不僅會對生物的生命活動造成影響,還會嚴重影響人體健康和正常生活,更會對生態(tài)環(huán)境造成不可彌補的損失[2]。目前,廣泛使用的染料廢水處理方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法三種[3-4]。
1物理法
1.1膜分離
膜分離以選擇性透過膜作為分離介質(zhì),在某種推動力作用下,選擇性透過某些物質(zhì),并在溶液中留下其他組分,以達到分離提純的效果[5-6]。這種方法的優(yōu)點是處理方法簡單,能耗低,無二次污染,處理后的水可以回收二次利用。劉恩華等[7]等利用管式超濾和納濾技術(shù)處理分散染料廢水,可以有效截留廢水中的分散染料顆粒,每噸廢水可回收分散染料10kg以上。
1.2吸附法
吸附法是指用吸附劑將水體污染物中的一種或多種組分聚集,使其凝縮在表面進而達到分離的目的。吸附法的應(yīng)用范圍廣、吸附效率高、方法簡單易行[8-9]。吸附劑一般為多孔固體,例如,活性炭和離子交換樹脂等就經(jīng)常作為吸附劑處理污水[10]。如今,生物炭作為一種價格便宜、來源廣泛、易獲得的吸附劑得到了廣泛應(yīng)用。它的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,含碳量非常高,具有較大的孔隙且比表面積大,因此吸附性能很好[11-12]。Ghaedi等[13]將鎘碲化物納米顆粒負載于活性炭上,對晚霞黃染料進行吸附試驗,結(jié)果表明,該吸附劑可以有效吸附晚霞黃染料,吸附效率超過97%。
1.3磁化分離
磁化分離是在磁場力的作用下,根據(jù)污染物的磁性不同進行分離的一種方法。磁化分離技術(shù)主要去除的污染物為懸浮固體及總磷,對COD也有一定的去除效果,還可降低色度,控制排入水體的污染負荷。這種方法設(shè)備簡單,價格低廉,便于維護,在處理低濃度染料廢水時,具有效果好且速率快的優(yōu)點[14]。馬鋒鋒等[15]等利用磁化生物炭處理染料中的對硝基苯酚,在外加磁場下,能快速將固液進行分離,經(jīng)再生后,磁化生物炭有良好的循環(huán)再生性。
2化學(xué)法
2.1高級氧化法
近年來,高級氧化法成為處理染料廢水的新興技術(shù),該技術(shù)在處理過程中利用強氧化性的羥基自由基,將結(jié)構(gòu)穩(wěn)定難處理的有機分子轉(zhuǎn)化為無毒無害的、可生物降解的低分子物質(zhì),以便更好地去除[16]。施銀桃等[17]采用臭氧氧化法處理活性艷紅K-2BP和分散蘭2BLN染料水溶液,結(jié)果發(fā)現(xiàn),pH對處理效果影響較大,堿性條件有利于有機物的礦化。李甲亮等[18]采用Fenton氧化正交試驗法對活性紅、藍、黑3種單體活性染料配制的模擬廢水和實際印染廢水進行了脫色和去除COD的研究。結(jié)果表明,F(xiàn)enton法對印染廢水色度有90%以上的脫色效果;在廢水有效脫色的同時,還能使實際印染廢水COD去除率達91.88%,降解效果明顯。
2.2化學(xué)混凝法
化學(xué)混凝法是指在被污染的水中加入混凝劑,使污染物凝聚形成膠粒,再通過混凝沉淀或氣浮的方法來去除污染物[19]。其中,混凝劑在處理過程中起決定性作用,混凝劑分為無機混凝劑和有機高分子混凝劑。目前使用最多的無機混凝劑是鋁鹽和鐵鹽,如硫酸鋁和三氯化鐵?;炷ㄌ幚硇Ч茫褂梅奖?,價格低廉,貨源充足,對人體健康無害。劉歆等[20]將脫色劑和助凝劑引入利用化學(xué)絮凝法的處理體系中,三者共同作用,顯著提高了廢水的處理效果,絮凝效果好,明顯降低了廢水的色度和COD。
2.3電化學(xué)氧化法
電化學(xué)氧化法處理染料廢水,通過添加少量或不添加化學(xué)試劑,在電極材料的作用下,通過利用電解氧化、電解還原等方法,產(chǎn)生羥基自由基等活性基團,破壞染料分子的結(jié)構(gòu),降低水中污染物的濃度,實現(xiàn)染料的脫色[21-22]。電化學(xué)氧化法降解后的產(chǎn)物一般沒有毒性,不污染環(huán)境,綠色環(huán)保,操作簡便,脫色效果好,反應(yīng)條件簡單易于控制,受到廣泛關(guān)注。楊振北等[23]采用動態(tài)電化學(xué)氧化方法,通過調(diào)整氯化鈉用量,實時在線測定了模擬酸性大紅GR染料廢水原水和出水的pH、電導(dǎo)率以及電流,并離線測定了出水的脫色率與COD。
3生物法
生物法處理染料廢水是指生物菌體對染料進行絮凝、吸附和降解,將染料從廢水中分離或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物或簡單無機物。生物法主要分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩種。好氧微生物的特點是易培養(yǎng)、繁殖快,能耗少,價格低廉。但是,染料廢水濃度高、水質(zhì)復(fù)雜,好氧生物處理法可能會出現(xiàn)效果不穩(wěn)定、處理時間長、抗沖擊能力差的缺點。厭氧生物處理是指在無氧的條件下,通過厭氧菌和兼性厭氧菌將有機大分子污染物降解為無機物,如二氧化碳和甲烷[24]。Isik等[25]利用連續(xù)流式厭氧-好氧反應(yīng)器對模擬染料廢水進行處理,處理后COD去除率為91%~97%,色度去除率為84%~91%。
4結(jié)論
物理法、化學(xué)法和生物法能有效降低染料廢水的濃度,但也有各自的優(yōu)缺點。物理法只是將污染物進行簡單的轉(zhuǎn)移,不能將污染物徹底清除,只適用于預(yù)處理和深度處理階段。電化學(xué)法設(shè)備小、占地少、運行管理簡單,但對COD含量高、色度深的廢水處理效果不好;生物法能提高生化性,運行費用低,可去除部分有機物,但反應(yīng)速度慢,水質(zhì)不穩(wěn)定。因此,染料廢水的處理還有許多困難亟待解決。隨著染料行業(yè)的不斷壯大,新型染料大量涌現(xiàn),處理染料廢水的難度也越來越大,能耗低、效果好、適用范圍廣、綠色環(huán)保、經(jīng)濟節(jié)約的處理方法將成為研究的重點。工藝的聯(lián)合使用將成為主要研究方向,尤其是生物化學(xué)和物理化學(xué)相結(jié)合的方法;根據(jù)不同染料廢水的水質(zhì)和污染物,選擇更適合的工藝,確定合適的運行參數(shù);多利用自然界的可再生資源對染料廢水進行處理,不僅大大節(jié)約經(jīng)濟成本,還能提高廢水處理效率;染料的清潔生產(chǎn)也具有良好的發(fā)展前景,要想從根本上解決問題,必須從源頭抓起,減少廢水排放量,調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),采用更為環(huán)保經(jīng)濟的生產(chǎn)技術(shù)。
作者:國泛函 單位:中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司