紡織工業(yè)廢水處理技術(shù)運用
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摘要：紡織工業(yè)廢水來源于行業(yè)內(nèi)部的各個環(huán)節(jié)，廢水有機物濃度大、成分復(fù)雜、水質(zhì)變化大。本文介紹了紡織廢水中存在的物質(zhì)及帶來的危害；然后探討了由物理、化學(xué)、生物和聯(lián)合工藝對目前紡織廢水的處理技術(shù)現(xiàn)狀；同時討論了未來對紡織廢水的處理前景。
關(guān)鍵詞：紡織廢水；危害；處理技術(shù)
紡織品廢水中通常包含各種化學(xué)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(yán)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(xué)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(fù)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(fù)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(yīng)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(shè)計了一種以ZnO為半導(dǎo)體，銀納米顆粒為等離子體基的復(fù)合等離子體激元光催化劑。與僅使用ZnO相比，該研究的反應(yīng)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(xué)過程，光芬頓過程和電化學(xué)過程的性能。認(rèn)為先進的氧化工藝是紡織品廢水修復(fù)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=24.3mM，SZVI=2000mg/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(dǎo)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(yīng)時間和288mg/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(xué)
電化學(xué)氧化主要由過氧化物凝結(jié)，F(xiàn)enton電化學(xué)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(xué)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pH5-6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(dǎo)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(fù)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(fù)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(nèi)擴散模型進行動力學(xué)研究，研究了染料的去除動力學(xué)。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(xué)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(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(yīng)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(yīng)器能夠?qū)崿F(xiàn)79％的脫色和68％的COD去除效率。間歇式反應(yīng)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(xué)模型來確定生物吸附動力學(xué)。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(fù)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(fù)合材料。結(jié)果表明，該仿生納米復(fù)合材料在可見光下150分鐘內(nèi)成功去除90％的DR31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(fù)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(fù)使用，經(jīng)濟且環(huán)保的方法。
2.3細(xì)菌過程
使用新型的微需氧細(xì)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(yīng)32小時，可實現(xiàn)98％的COD和88％的染料去除。并且該細(xì)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(xì)菌菌株調(diào)查了導(dǎo)致紡織品廢水脫色的主要細(xì)菌種類。已使用16SrDNA測序分析，得出結(jié)論，細(xì)菌分離物TS20是去除紡織廢水中顏色最主要的細(xì)菌種類；有研究從紡織廢水中分離出的三種細(xì)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(fù)。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500mg/L的NSB-G染料可實現(xiàn)細(xì)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。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(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(yīng)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±0.30L/Ld的沼氣。
4結(jié)論
討論了物理，化學(xué)（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(yīng)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。
參考文獻：
[1]張悅.印染廢水處理技術(shù)的研究進展[J].紡織科學(xué)與工程學(xué)報，2020，37（3）：102-109+116.
[2]劉路.紡織印染廢水處理技術(shù)研究現(xiàn)狀及進展[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2017，31（2）：174-177+182.
作者:趙軍 單位:山東碧清檢測技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司