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行業新聞

染料廢水處理方法的研究進展

來源: 時間:2017-11-09 14:25:33 瀏覽次數:

紡織染料工業近年來快速發展,目前我國各種染料產量已達90萬t,染料廢水已成為環境污染源之一。染料行業品種繁多,工藝復雜。其廢水中含有大量的有 機物和鹽份,具有CODCr高,色澤深,酸堿性強等特點,一直是廢水處理中的難題。本文主要介紹了染料廢水處理技術中的物理法、化學法、電化學法、生化法,以及這些技術的特點原理及其近年來研究進展和應用。

1物理法

1.1吸附法

吸附法是利用多孔性固體(如活 性炭、吸附樹脂等)與染料廢水接觸,利用吸附劑表面活 性,將染料廢水中的有 機物和金屬離子吸附并濃集于其表面,達到凈化水的目的。

活 性炭具有較強的吸附能力,對陽離子染料,直接染料,酸性染料、活 性染料等水溶性染料具有較好的吸附功能,但活 性炭價格昂貴,由殼聚糖與活 性炭及纖維素混合制成的染料吸附劑對染料和酸性染料有優異的吸附能力,其吸附容量分別為264和421mg/g(椰子活 性炭吸附容量少于80mg/g)。該吸附劑在水中具有優良的分散性,可采用簡單而廉價的接觸過濾法處理。

大孔吸附樹脂是內部呈交聯網絡結構的高分子珠狀體,具有優良的孔結構和很高的比表面積。吸附樹脂可用于去除難以生物處理的芳香族磺酸鹽,萘酚類物質,且物理化學穩定性好,樹脂吸附法已成為處理染料廢水的方法之一。

1.2膜分離

膜分離技術應用于染料廢水處理方面主要是超濾和反滲 透。據報道,用管式和中空纖維式聚砜超濾膜處理還原染料廢水脫色率在95~98之間,CODCr去除率60~90,染料回收率大于95。近年來,用殼聚糖超濾膜和多孔炭膜的新型膜材料來處理印染廢水,取得較好的效果。夏之寧等研究了染料廢水在超聲作用下,通過醋酸纖維素膜的透水率與透鹽率,發現超聲波在膜分離中有明顯的加速傳質和去“濃差極化”作用,有超聲波作用時其滲 透率是無超聲波時的1.5倍,對透鹽率影響更大,其截留率分別為94和67。

2化學法

2.1化學混凝法

化學混凝法主要有沉淀法和氣浮法,此法經濟有 效,但產生化學的污泥需進一步處理。常用的有無機鐵復合鹽類。近年來國內外采用高分子混凝劑日益增多。高分子絮凝劑主要有淀粉及淀粉衍生物、甲殼質衍生物和木質素衍生物3大類。曾淑蘭等用NaOH作催化劑將玉米淀粉和醚化劑M反應制得的陽離子淀粉CST,用量為7~15mg/L時,對酸性染料、活 性染料的脫色率達90以上。吳冰艷等用接枝聚合制得的木質素季胺鹽絮凝劑處理J酸染料廢水,絮凝劑中的季胺離子與廢水中的磺酸基團生成不溶于水的物質,投量20mg/L,色度去除率達90。

方忻蘭利用海蝦、蟹殼為原料制得的殼聚糖用來處理印染廢水,CODCr去除率達85以上。高分子絮凝劑電荷密度小,分子量低,易發生生物降解而失去絮凝活 性。人工合成的有 機高分子絮凝劑分子量大,分子鏈中所帶的官能團多,絮凝性能好,用量少,pH范圍廣。代表性的人工有 機高分子絮凝劑有PAN-DCD(二氰二胺改性聚丙烯腈聚電解質)、Wx系列高分子脫色絮凝劑、PDADMA-A(二甲基二烯丙基氯化銨聚合物)M。 
2.2化學氧化法

化學氧化是利用臭氧、氯、及其含氧化物將染料的發色基團破壞而脫色。臭氧氧化法對多數染料能獲得良好的脫色效果。但對硫化、還原等不溶于水的染料效果較差。Fenton試劑氧化法,其脫色的實質是H2O2與Fe2+反應所產生的羥基自由基使染料有 機物斷鏈。Fenton試劑除氧化作用外,還兼有混凝作用。研究表明,用此法處理2-萘磺酸鈉生產廢水,先用FeCl3混凝沉淀后,然后在pH1.5~2.5條件下以H2O22g/gCODCr,Fe2+4g/L水,氧化60min可去除CODCr99.6、色度95.3[19]。

2.3濕式空氣氧化法

濕式空氣氧化法(WAO)是在高溫(125~320℃)、高壓(0.5~20MPa)條件下通入空氣,使廢水中的有 機物直接氧化[20]。超臨界水氧化(SCWO)是指當溫度、壓力高于水的臨界溫度(374℃)和臨界壓力(22.05MPa)條件下的水中有 機物的氧化。它實質上是濕式氧化法的強化和改進。超臨界態水的物理化學性質發生較大的變化,水汽相界面消失,形成均相氧化體系, 有 機物的氧化反應速度極快。Model等[21]對有 機碳含量27.33g/L的有 機廢水,在550℃,60s內,有 機氯和有 機碳的去除率分別為99.99和99.97。超臨界水氧化法與傳統的方法相比,效率高,反應速度快,適用范圍廣,可用于各種難降解有 機物;在有 機物的含量低于2時;可通過自身熱交換,無須外界供熱,反應器結構簡單,處理量大。

2.4光催化氧化法

光催化氧化法常用H2O2或化半導體(如TiO2、CdS、Fe2O3、WO3作催化劑),在紫外線高能輻射下,電子從價帶躍遷進入導帶,在價帶產生空穴,從而引發氧化反應。此法對染料廢水的脫色效率高,缺點是投資和能耗高。張桂蘭等用新型的旋轉式光催化反應器,在優化條件下采用懸浮態TiO2時,偶氮染料脫色率達98。程滄滄等[23,24]分別采用固定床型光反應器和斜板式光反應器對有 機染料直接耐翠藍GL進行了光催化降解研究,經60min光照,其降解率分別為83和81.4。

3生化法

生化法具有運行成本低,對環境污染少的特點。但染料廢水水質波動大,種類多,毒性高,對溫度和pH條件要求較苛刻的微生物很難適應。

好氧處理法運行簡單,對CODCr、BOD5的去除率較高,對色度的去除率卻不太理想。而厭氧處理法對染料廢水的色度去除率較高。厭氧處理法污泥生成量少,產生的氣體是甲烷,可利用作為能源。但單獨使用,效果不理想。黃天寅等在處理酞菁藍廢水過程中,采用氣提、吹脫和氣浮等物化手段去除原水中大部分NH3-N和Cu2+,提高其生化性。

經厭氧處理后,各項指標均可達到污水綜合排放標準的標準,CODCr去除率90.0,BOD5去除率88.9,NH3-N去除率99.1,Cu2+去除率99.7。由于近年來染料向抗分 解,抗生物降解的方向發展,單獨一種工藝很難取得滿意的效果。現在處理工藝正朝向厭氧—好氧聯合處理工藝發展。閆慶松等[26]對染料廢水采用了厭氧—好氧工藝。厭氧段采用UASB工藝,中溫消化,停留時間48h,CODCr去除率可達55,出水BOD5/CODCr值由0.1提高到0.42,系統內形成顆粒污泥,其沉降性能良好。好氧段采用接觸氧化法,經馴化后,污泥對廢水的降解能力逐步提高。 
高 效菌群(HighSolutionBacteria)是利用復合的微生物群來處理染料廢水的方法,菌種現已發展到100多種,如反硝化產堿菌、脫氮硫桿菌、氧化硫硫桿菌等。它可以針對不同的廢水配成不同的菌群去分 解不同的污染物,具有較高的針對性。微生物群將有 機物分 解成SO2、H2O以及許多對水質沒有影響的有 機小分子。運用H.S.B技術處理無錫某染料廠生產的分散染料、酸性染料(CODCr濃度達2000~2500mg/L)的廢水,出水CODCr小于100mg/L,平均去除率為92.68。苯胺去除率94,酚為93,氨氮為92,色度均在50倍以下[27]。為了增加優勢菌種在生物處理裝置中的濃度,提高對染料廢水的處理效率,通常將游離的細菌通過化學或物理的手段加以固定,使其保持生物活 性和提高使用率。研究表明,脫色菌群固定在活 性污泥上,脫色酶提高70。

4電化學法

電化學法治理廢水,實質是間接或直接利用電解作用,把染料廢水中的有毒物質轉化為沒毒物質。近年來由于電力工業的發展,電力供應充足并使處理成本大幅降低,電化學法已逐漸成為一種非常有競爭力的廢水處理方法。染料廢水的電化學凈化根據電極反應發生的方式不同,可分為內電解法、電凝聚電氣浮、電催化氧化等。

應用廣泛的內電解法是鐵屑炭法。靳建永用鐵屑內電解法對5大類11種染料廢水進行脫色處理。研究表明,對中等色度和濃度的廢水,脫色率在96以上;加入助劑可使廢水CODCr去除率在70以上。內電解法的優點是利用廢物在不消耗能源的前提下去除多種污染成分和色度,缺點是反應速度慢、反應柱易堵塞、對高濃度廢水處理效果差。

在外電壓作用下,利用可溶性陽極(鐵或鋁)產生大量陽離子,對膠體廢水進行凝聚,同時在陰極上析出大量氫氣微氣泡,與絮粒粘附一起上浮。這種方法稱為電凝聚電氣浮。與化學凝聚法相比,其材料損耗少一半左右,污泥量較少,且無笨重的加藥措施。其缺點是電能消耗和材料消耗過大。

電催化氧化是通過陽極反應直接降解有 機物,或通過陽極反應產生的羥基自由基、臭氧等氧化劑降解有 機物。電催化氧化法的優點是有 機物氧化完全,無二次污染。但該法應用于廢水工業化處理則取決于具有高析氧電位的廉價催化電極。同時電極與電解槽的結構對降低能耗也起重要的作用。賈金平等研究了活 性炭纖維電極與鐵的復合電極降解多種模擬印染廢水,有較好的效果。

5結語

染料生產工藝復雜,廢水量大且難以處理,污染治理的費用很高。硫化堿還原時排出的含硫廢水除使用昂貴的濕式氧化法處理外,其他方法難以達到排放標準。近年來采用加氫還原法,徹底消了硫化物的污染。汞催化磺化法生產氨基蒽醌改為硝化還原法,徹底消汞污染。各種新技術的研究和應用大大提高了染料廢水處理的效率,降低了處理成本。但治標更要治本,研究發展經濟合理的清潔生產工藝與發展經濟的廢水治理工藝同等重要。從根本上降低排污,才是長久之計。

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