紡織工業廢水處理技術運用
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摘要：紡織工業廢水來源于行業內部的各個環節，廢水有機物濃度大、成分復雜、水質變化大。本文介紹了紡織廢水中存在的物質及帶來的危害；然后探討了由物理、化學、生物和聯合工藝對目前紡織廢水的處理技術現狀；同時討論了未來對紡織廢水的處理前景。
關鍵詞：紡織廢水；危害；處理技術
紡織品廢水中通常包含各種化學物質，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。大多數染料都屬于偶氮基團，這些偶氮基團通常具有很高的穩定性，并對環境生態系統具有致癌作用。因此，紡織廢水的處理技術成了近些年的研究熱點[2]。
1物理化學處理技術
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、5mg/L的MB濃度和0.5g/L的復合材料的MB濃度時，可獲得最佳降解速率。但是，這種處理技術存在缺點，在光降解過程中會產生MB副產物，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提高了54％。
1.2高級氧化技術與臭氧
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。使用Fenton（零價鐵和過氧化氫）技術進行紡織品染料處理的研究，該研究在pH值為3時，H2O2=24.3mM，SZVI=2000mg/L下分別實現了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150mg/LH2O2、20mg/LFe2+，60分鐘反應時間和288mg/L臭氧流速下實現了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，獲得的結果表明在pH值為7的30分鐘內可實現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，Fenton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技術相結合。經過優化的過程可達到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）納米顆粒作為創新的CR處理方法。通過研究，他們發現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劑硫酸鋁。研究結果表明，有機凝結劑的去除效率高于硫酸鋁。該研究還發現pH是影響凝結效率的關鍵因素；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。根據實驗數據，加氣的PFS/FeSO4-在pH5-6時可實現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。得出的結論是，在使用充氣的PFS/FeSO4-吸附Sb（V）的過程中，形成了內層表面復合物，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（3-30min）和吸附劑量（12.5-100g）進行了批量吸附研究，以使用Lagergren的擬一階，二階和粒子內擴散模型進行動力學研究，研究了染料的去除動力學。研究得出結論，擬二階模型擬合效果最好，相關系數最高（R2>0.995），并表明堿活化砂可以用作紡織工業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100mg/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，還發現通過氣相色譜-質譜法分析可100％去除廢水中的揮發性酚，硫化物和苯胺。
2生物法處理技術
2.1真菌過程
真菌菌株黑曲霉真菌表現出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，并調節染料溶液的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廢水的脫色和有機物去除的目的。建立了分批和連續進料的填充床生物反應器，以研究COD的去除和脫色效率。結果表明，連續流生物反應器能夠實現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3、5和9天的生長期測量了真菌的生長，研究結果表明脫色率達到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。總體而言，結果表明在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，得出的結論是，微藻生物質的回收與紡織廢水的處理相結合，是一種有前途且可持續的生物燃料開發方法，可以抵消營養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，生產了新型的氧化石墨烯和基于藻類的可持續納米復合材料。結果表明，該仿生納米復合材料在可見光下150分鐘內成功去除90％的DR31染料。將GO薄層與藻類結合使用可提高脫色效率并改善脂質生產。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，經濟且環保的方法。
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，結果表明，在37°C下反應32小時，可實現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查了導致紡織品廢水脫色的主要細菌種類。已使用16SrDNA測序分析，得出結論，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，結果還表明，添加500mg/L的NSB-G染料可實現細菌的最佳生長。
3組合技術
高級氧化工藝和生物處理相結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。RR180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，通過集成的生物工藝處理工業紡織品廢水，該研究產生的有機碳總量>80％，脫色率達到98％，TiO2/UV和生物處理相結合表現最好，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光催化過程組成。最后，開發了一種厭氧-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％。該系統的其他好處包括產生3.51±0.30L/Ld的沼氣。
4結論
討論了物理，化學（即吸附，高級氧化過程和凝結絮凝等），生物處理和組合處理有關的各種應用研究。討論的文獻表明了COD去除，染料降解和色度去除等相關的各種處理效率，這些數據都在文中有體現出來。此外，建議未來的研究需要集中在參數優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環境中的研究替代和優化處理系統的可行性，特別要注意完整性、效率和處理過程。
參考文獻：
[1]張悅.印染廢水處理技術的研究進展[J].紡織科學與工程學報，2020，37（3）：102-109+116.
[2]劉路.紡織印染廢水處理技術研究現狀及進展[J].上海工程技術大學學報，2017，31（2）：174-177+182.
作者:趙軍 單位:山東碧清檢測技術咨詢服務有限公司