工業(yè)染料廢水處理工藝研究綜述
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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(jìn)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(jìn)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(qiáng)、含鹽量高等特點(diǎn)[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(jìn)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(yán)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(bǔ)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(dá)到分離提純的效果[5-6]。這種方法的優(yōu)點(diǎn)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(jìn)而達(dá)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(fù)載于活性炭上，對晚霞黃染料進(jìn)行吸附試驗(yàn)，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(jìn)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(fù)荷。這種方法設(shè)備簡單，價格低廉，便于維護(hù)，在處理低濃度染料廢水時，具有效果好且速率快的優(yōu)點(diǎn)[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(jìn)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(qiáng)氧化性的羥基自由基，將結(jié)構(gòu)穩(wěn)定難處理的有機(jī)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(jī)物的礦化。李甲亮等[18]采用Fenton氧化正交試驗(yàn)法對活性紅、藍(lán)、黑3種單體活性染料配制的模擬廢水和實(shí)際印染廢水進(jìn)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(shí)際印染廢水COD去除率達(dá)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(jī)混凝劑和有機(jī)高分子混凝劑。目前使用最多的無機(jī)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(tuán)，破壞染料分子的結(jié)構(gòu)，降低水中污染物的濃度，實(shí)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(shí)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(jìn)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(jī)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(diǎn)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(diǎn)。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(jī)大分子污染物降解為無機(jī)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(jìn)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(diǎn)。物理法只是將污染物進(jìn)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(yùn)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(yùn)行費(fèi)用低，可去除部分有機(jī)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(jì)節(jié)約的處理方法將成為研究的重點(diǎn)。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(yùn)行參數(shù)；多利用自然界的可再生資源對染料廢水進(jìn)行處理，不僅大大節(jié)約經(jīng)濟(jì)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(jì)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(tuán)有限公司
