染料廢水處理技術(shù)研究

程金蘋 李佳鈺 李平

摘要：染料廢水是較難處理的工業(yè)廢水之一，本文對(duì)染料廢水的處理技術(shù)進(jìn)行了分析，總結(jié)了染料廢水不同處理技術(shù)的特點(diǎn)，并對(duì)染料廢水處理的研究趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：染料廢水;處理技術(shù);應(yīng)用前景

中圖分類號(hào)：X791 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）03-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.056

The study of dye wastewater treatment technology

Cheng Jinping，Li Jiayu，Li Ping

（Shanghai Environmental Design and Research Institute Co.，Ltd.，Shanghai 200072，China）

Abstract：Dye wastewater is one of the industrial wastewater which is difficult to be treated. This paper analyzes the treatment technology of dye wastewater.The characteristics of different treatment technologies of dye wastewater were summarized， and the research trend of dye wastewater treatment was prospected.

Key words：Treatment technology;Dye wastewater;Application prospect

染料的使用使我們的生活絢麗多彩，但我們無(wú)法避免染料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工藝廢水——母液水和漂洗水。由于染料廢水高色度、高COD、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定很難被生物降解等特點(diǎn)，未達(dá)標(biāo)排放的染料廢水進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后，會(huì)影響水體和土壤中的生物，對(duì)人類的健康造成危害、破壞生態(tài)平衡。現(xiàn)階段常用的染料廢水處理方法有物理法、化學(xué)法、生物法。

1 物理處理法

1.1 吸附法

吸附法在染料廢水處理中較為常見，主要是利用吸附材料巨大的比表面積吸附污染物，從而達(dá)到水質(zhì)凈化的目的。常用的吸附劑主要有沸石、分子篩、活性炭、硅膠、腐殖酸類吸附劑等，吸附法的優(yōu)點(diǎn)是可以快速且高效率去除水中的染料分子，但是僅僅是對(duì)水中染料分子進(jìn)行了簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)移，并不能降解染料分子使之真正的去除。同時(shí)，吸附材料吸附飽和后，吸附材料的再生問題并不能得到很好的解決，因此，更多的研究轉(zhuǎn)向新型吸附材料的研發(fā)。徐麗琴[1]制備了一種多孔的生物材料，通過實(shí)驗(yàn)研究了該材料對(duì)染料廢水的吸附性能，在溫度為30℃時(shí)，在40mg/L中性紅染料中投加1g/L的多孔生物材料，其去除率達(dá)到了98%，且再生5次后，去除率幾乎保持不變。許倩倩[2]利用鐵有機(jī)骨架材料吸附偶氮型陰離子染料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在酸性條件下，鐵有機(jī)骨架材料對(duì)染料脫色的效率更好，同時(shí)，染料初始濃度增大時(shí)，對(duì)陰離子染料的吸附效果也增加。新型吸附材料還在不斷的研究，若能很好的解決材料再生的問題，吸附法的應(yīng)用前景會(huì)更加的廣闊。

1.2 氣浮法

氣浮法是利用設(shè)備產(chǎn)生高度分散的微小氣泡，水中的污染物將微小氣泡作為載體，污染物負(fù)載在氣泡上隨著浮力上升到液體表面，再由刮渣設(shè)備將水面的泡沫刮除，從而達(dá)到去除污染物凈化水質(zhì)的目的。Horng和Huang[3]利用氣浮法從染料廢水中分離出來(lái)直接藍(lán)染料。卑蕾蕾[4]利用自制的電解裝置，采用電凝聚-氣浮法處理活性藍(lán)RBu17和活性綠GR19染料廢水，通過實(shí)驗(yàn)，當(dāng)電解質(zhì)濃度2g/L、pH<7、染料廢水的濃度<300mg/L時(shí)，活性藍(lán)RBu17和活性綠GR19染料廢水的脫色率均達(dá)到90%，該方法對(duì)染料的脫色有著較為明顯的效果，但電解氣浮法的電耗高，操作運(yùn)行管理復(fù)雜，且電極易結(jié)垢，很難用于大型生產(chǎn)。

1.3 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)在廢水的深度處理中較為常見，主要是利用膜對(duì)染料污水中不同物質(zhì)的選擇透過性來(lái)分離污染物。馮冰凌[5]選擇殼聚糖超濾膜對(duì)染料廢水進(jìn)行處理，脫色效率和COD的去除效率分別達(dá)到了可以達(dá)到了95%和80%。也有研究人員利用活性炭填充的改性殼聚糖超濾膜處理酸性染料，該膜材料對(duì)酸性染料的分離和脫色都有較好的效果。張蕓[6]通過組合膜分離技術(shù)處理還原性染料廢水和活性染料廢水，結(jié)果表明，采用超濾系統(tǒng)處理的還原染料廢水的膜出水水質(zhì)可以滿足污水廠內(nèi)回用水水質(zhì)的要求，采用納濾濃縮活性染料廢水可以較好的回收染料。同時(shí)采用雙膜膜分離系統(tǒng)處理還原性染料廢水后，其COD和色度去除率分別達(dá)到95.21%和100%，處理活性染料后，其COD和色度去除率也達(dá)到了82.85%和99.43%。膜的選擇性好、適應(yīng)能力強(qiáng)，但是投資高，且在一定的壓力下，膜易出現(xiàn)栓塞和斷絲的問題，因此在利用膜分離技術(shù)處理廢水時(shí)，必須對(duì)膜進(jìn)行定期維護(hù)修理，膜分離技術(shù)的成本也因此升高。

2 化學(xué)處理法

2.1 化學(xué)混凝法

化學(xué)混凝法是通過投加混凝劑與染料廢水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使污染物去除、水質(zhì)凈化的方法。混凝法的操作簡(jiǎn)單、占地面積小、處理量大且可有效降低廢水的COD、色度和SS等優(yōu)點(diǎn)，在染料廢水處理過程中使用較為頻繁。但對(duì)于不同的染料，它的處理效果也并不相同，它對(duì)硫化染料和分散染料有很好的去除效果，對(duì)酸性染料、活性染料、直接染料和還原染料的去除效果較差。混凝的效果除了受到染料不同的影響，也會(huì)受到外界溫度、pH等因素的影響，此外，混凝過程中會(huì)產(chǎn)生污泥，實(shí)際應(yīng)用考慮到形成污泥需要進(jìn)一步處理的因素，該方法的使用在一定程度上受到限制。

2.2 電化學(xué)法

電化學(xué)處理法利用染料廢水中的染料分子在電場(chǎng)、電壓的作用下，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，最終脫色和礦化的方法。唐聰[7]等利用三維電極電芬頓氧化法處理染料廢水，在最優(yōu)工藝條件下，反應(yīng)進(jìn)行到2h后，COD和氨氮的去除率分別達(dá)到62.8%和42.48%，色度的去除率可達(dá)到95%。劉艷[8]采用電化學(xué)法對(duì)染料廢水進(jìn)行脫色處理，結(jié)論顯示，在初始染料廢水濃度為700mg/L，不投加電解質(zhì)、不調(diào)pH、電流密度5mA/cm2的條件下，COD去除率達(dá)到63.28%。同時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，COD的去除率隨著pH和初始染料濃度的減小而減小，隨著電流密度的增大而增大。相對(duì)于傳統(tǒng)的染料廢水處理方法，電化學(xué)法是一種清潔處理法，它的占地面積少，管理方便，但實(shí)際運(yùn)行中，用電量大、能耗大，且電極材料是消耗品，一定程度增加了電化學(xué)法的處理成本，因此其發(fā)展和應(yīng)用都受到了一定的限制。

2.3 臭氧氧化法

臭氧氧化法是高級(jí)氧化技術(shù)中最常見方法之一，它對(duì)于難降解的染料廢水，有良好處理效果，一般用于染料廢水的深度處理，因此受到廣泛的關(guān)注。臭氧在溶于水的狀態(tài)下可以產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的羥基自由基（·OH），·OH對(duì)廢水中的難降解有機(jī)物有較好的氧化分解能力，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，大分子有機(jī)物斷鏈開環(huán)降解成小分子有機(jī)物，再進(jìn)一步分解成水和無(wú)機(jī)鹽等小分子物質(zhì)。該方法不僅可以破壞染料廢水中的發(fā)色集團(tuán)和助色集團(tuán)，降低了染料廢水的色度，同時(shí)可提高了染料廢水的可生化性。孫珊珊[9]采用臭氧-生物法聯(lián)用工藝深度處理苯胺黑染料廢水，在最優(yōu)催化劑條件下，對(duì)臭氧處理后的染料廢水進(jìn)行活性污泥法深度處理，當(dāng)污泥濃度為3000mg/L時(shí)最佳曝氣時(shí)間為6h，出水C苯胺<0.8mg/L、CCOD<72mg/L，水質(zhì)可達(dá)到染料廢水排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。楊素霞[10]研究臭氧—粉末活性炭對(duì)經(jīng)過混凝、生化沉淀后的染料廢水進(jìn)行深度處理，最佳反應(yīng)時(shí)間為臭氧氧化30min，活性炭吸附40min，COD去除率達(dá)到87%，通過調(diào)節(jié)控制pH、反應(yīng)時(shí)間和加藥量，可以最大程度的降低投資成本和運(yùn)營(yíng)成本。

2.4 光電催化氧化法

光電催化氧化技術(shù)是在一定催化條件下，染料廢水中的有機(jī)物與被激發(fā)的自由基作用，將大分子染料有機(jī)物氧化為小分子的醇、醛羥酸，最終氧化為小分子的水和CO2。方濤[11]采用光電催化氧化法處理剛果紅染料廢水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，剛果紅染料廢水的初始質(zhì)量濃度30mg/L，pH=5，溫度50℃，電解質(zhì)0.5mol/L，外加1mA的電流的條件下，剛果紅染料廢水的降解率為86.36%，COD的去除率為70.56%，色度的去除率達(dá)到了92.86%。班福忱[12]在傳統(tǒng)的電芬頓體系中加入紫外光，采用光電芬頓法處理酸性大紅染料廢水，光照加速·OH的產(chǎn)生，促進(jìn)Fe2+鐵轉(zhuǎn)化為Fe3+，紫外光和Fe2+對(duì)雙氧水的分解存在協(xié)同效應(yīng)，可在一定程度上促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。結(jié)果顯示，在最佳脫色工藝條件下的酸性大紅染料廢水的脫色率達(dá)到97%。光電催化氧化技術(shù)對(duì)染料廢水有降解作用十分明顯，速度快，效果好，有著廣闊的應(yīng)用前景。

3 生物處理法

3.1 厭氧處理法

厭氧生物處理法一般用于染料廢水的前端處理，常用的厭氧生物處理法主要有UASB和水解酸化。UASB厭氧處理設(shè)備在染料廢水處理中有著廣泛的應(yīng)用，處理高濃度有機(jī)染料廢水時(shí)，良好的顆粒污泥床的形成，有機(jī)負(fù)荷去除率高，不需要攪拌設(shè)備，可以適應(yīng)負(fù)荷沖擊、溫度和pH的變化，水溫在30℃時(shí)，負(fù)荷可達(dá)到10～20kgCOD/（m3·d）。水解酸化法處理染料廢水時(shí)，可使復(fù)雜的染料有機(jī)物在厭氧微生物的代謝下，經(jīng)厭氧發(fā)酵和氧化成小分子的有機(jī)物。該過程對(duì)廢水的COD去除效率并不高，但可以使大分子有機(jī)物質(zhì)大量的轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，從而可以提高廢水的可生化性。同時(shí)，由于染料分子中含有大量的有機(jī)氮，水解酸化可將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，大大降低了后續(xù)工藝除氮難度，一般后接A/O、A2/O處理工藝，不單獨(dú)使用該方法。顧夢(mèng)琪[13]研究水解酸化+A/O組合工藝對(duì)活性艷紅印染廢水脫氮性能的影響，結(jié)果表明，該組合工藝對(duì)COD、氨氮和色度的去除率分別達(dá)到92.2%、83.5%和71%，該組合工藝對(duì)染料廢水的脫氮效果十分明顯。

3.2 好氧處理法

好氧生物處理法不同于厭氧生物處理法，它是利用好氧微生物的代謝作用將染料廢水中的污染物質(zhì)去除，主要有生物膜法和活性污泥法。該方法較為成熟且經(jīng)濟(jì)，處理量大，廣泛的用于各類污水的處理。但由于微生物的生長(zhǎng)受到溫度和pH等因素的影響，處理效率并不十分穩(wěn)定，占地面積較大且停留時(shí)間長(zhǎng)。鄒海明[14]利用曝氣生物膜法深度處理染料廢水，在氣水比為1.5：1，水力負(fù)荷1m3/（m2·h）的條件下，出水色度去除率為85.3%。鄭潔[15]采用生物法處理酸性大紅廢水，當(dāng)溫度在10～30℃之間時(shí)，脫色率隨著溫度的升高而增大，在30℃達(dá)到最大。在15h內(nèi)，100mg/L的酸性大紅幾乎完全脫色。通過對(duì)染料生產(chǎn)企業(yè)廢水工藝的調(diào)查，目前處理效果較好的且成熟的好氧處理工藝主要有A/O、A2/O、SBR和接觸氧化法。

4 結(jié)語(yǔ)

迄今為止，染料廢水仍然是較難治理的工業(yè)廢水之一，實(shí)際工程中企業(yè)需要花大量的資金去處理染料廢水使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，物理法、化學(xué)法和生物法處理染料廢水都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，研發(fā)新的處理技術(shù)和各種方法耦合聯(lián)用是染料廢水處理的趨勢(shì)，如何經(jīng)濟(jì)且高效的處理染料廢水仍是一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容。

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收稿日期：2020-01-09

作者簡(jiǎn)介：程金蘋（1991-），女，漢族，碩士，研究方向?yàn)槲鬯幚怼?/p>