[精編]《安全環(huán)境-環(huán)保技術(shù)》之印染廢水脫色技術(shù)

1、此資料由網(wǎng)絡(luò)收集而來，如有侵權(quán)請告知上傳者立即刪除。資料共分享，我們負(fù)責(zé)傳遞知識。印染廢水脫色技術(shù) 印染廢水是指棉、毛、化纖等紡織產(chǎn)品在預(yù)處理、染色、印花和整理過程中所排放的廢水。印染廢水成分復(fù)雜，主要是以芳烴和雜環(huán)化合物為母體，并帶有顯色基團(tuán)(如nn、no)及極性基團(tuán)(如so3na、oh、nh2)。染料分子中含較多能與水分子形成氫鍵的so3h、cooh、oh基團(tuán)如活性染料和中性染料等，染料分子就能全溶于廢水中；不含或少含so3h、cooh、oh等親水基團(tuán)的染料分子以疏水性懸浮微粒形式存在于廢水中；含少量親水基團(tuán)但分子量很大或完全不含親水基團(tuán)的染料分子，在水中常以膠體形式存在。 印染廢水中還常

2、帶有以下助劑：中性電解質(zhì)如nacl、na2so4等；酸堿調(diào)節(jié)劑如hcl、naoh或na2co3；表面活性劑；膨化劑如尿素等；膠粘劑如改性淀粉、脲醛樹脂、聚乙烯醇等；穩(wěn)定劑如磷酸鹽等。印染廢水成分復(fù)雜、色度大、cod高，并向著抗氧化、抗生物降解方向發(fā)展，已成為我國各大水域的重要污染源。當(dāng)前，疏水性或不溶于水的染料廢水脫色已基本解決，難點(diǎn)在于許多親水性或水溶性染料廢水的脫色，而這也正是當(dāng)前公認(rèn)的較難處理的工業(yè)廢水之一。印染廢水脫色主要是脫除廢水色度即染料分子和cod，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的脫色方法主要有以下幾種。1吸附脫色 吸附脫色技術(shù)是依靠吸附劑的吸附作用來脫除染料分子的。通常采用的吸附劑包括可再生吸附

3、劑如活性炭、離子交換纖維等和不可再生吸附劑如各種天然礦物(膨潤土、硅藻土)、工業(yè)廢料(煤渣、粉煤灰)及天然廢料(木炭、鋸屑)等。目前用于吸附脫色的吸附劑主要靠物理吸附，但離子交換纖維、改性膨潤土等也有化學(xué)吸附作用。 活性炭是第一個(gè)獲得工業(yè)應(yīng)用且研究得最透徹的固體吸附劑?；钚蕴课⒖锥?、大中孔不足、親水性強(qiáng)，限制了大分子及疏水性染料的內(nèi)擴(kuò)散，適用于分子量不超過400的水溶性染料分子脫色，對大分子或疏水性染料的脫色效果較差。由于分子間偶極和變形性(決定誘導(dǎo)偶極大小的主要因素)有很大不同，致使物理吸附也表現(xiàn)出一定的選擇性，如活性炭對堿性染料廢水脫色率超過90%，而對酸性染料廢水脫色率僅30%40%。作

4、為水處理中廣泛使用的絮凝劑，膨潤土已被廣泛用于印染廢水脫色領(lǐng)域，近來進(jìn)一步研制成多種復(fù)合以及改性膨潤土37。目前受到廣泛注目的是離子交換纖維，主要用于吸附重金屬及色素38且比表面大、離子交換速度快，易再生，對難處理的活性染料廢水有很好的脫色效果；某些集吸附與絮凝功能為一體的吸附劑如硅藻土復(fù)合凈水劑也已開發(fā)39，用電廠粉煤灰制成具有絮凝性能的改性粉煤灰，對疏水性和親水性染料廢水均具很高脫色率40。 2絮凝脫色 印染廢水的絮凝脫色技術(shù)，投資費(fèi)用低，設(shè)備占地少，處理量大，是一種被普遍采用的脫色技術(shù)。印染廢水絮凝脫色機(jī)制是以膠體化學(xué)理論為基礎(chǔ)的。就無機(jī)絮凝劑而言，是鐵系、鋁系等絮凝劑發(fā)生水解和聚合反應(yīng)

5、，生成高價(jià)聚羥陽離子，與水中的膠體進(jìn)行壓縮雙電層、電中和脫穩(wěn)、吸附架橋并輔以沉淀物網(wǎng)捕、卷掃作用，沉淀去除生成的粗大絮體，從而達(dá)到脫色目的。對于有機(jī)高分子絮凝劑而言，除了電中和與架橋作用外，可能還存在類似化學(xué)反應(yīng)成鍵的絮凝機(jī)制。對無機(jī)高分子絮凝劑改性，引入具有絡(luò)合能力的無機(jī)酸根或有機(jī)官能團(tuán)，逐漸成為水溶性染料廢水脫色的新趨勢。 無機(jī)高分子絮凝劑脫色機(jī)制不同于低分子無機(jī)絮凝劑，開發(fā)新絮凝劑也是親水染料脫除的途徑之一，如近來成為熱點(diǎn)之一的聚硅酸鹽絮凝劑。與此同時(shí)，有機(jī)高分子絮凝劑正在迅速發(fā)展，如淀粉改性陽離子絮凝劑對濁度、色度去除率均在90%以上41。 某些物質(zhì)能與染料分子反應(yīng)，掩蔽甚至打斷染料的

6、親水基團(tuán)或破壞染料分子的發(fā)色結(jié)構(gòu)，降低染料分子的水溶性，使其變?yōu)槭杷苑肿踊螂x子。某些具有空軌道的金屬離子如mg2+、fe2+、ca2+，能接受孤對電子，能與含有孤對電子的染料分子絡(luò)合生成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子，使染料分子具有膠體性質(zhì)而易被絮凝除去。某些有機(jī)分子也可與染料分子形成絡(luò)合物達(dá)到降低染料分子水溶性的目的，如帶長鏈的陽離子表面活性劑十二烷基二甲基氯化銨對含磺酸基團(tuán)的水溶性染料廢水42。 近年來發(fā)現(xiàn)氧化亦會促進(jìn)絮凝，其機(jī)制在于有機(jī)分子在氧化劑作用下發(fā)生一定程度耦合43或氧化劑打斷染料分子親水基團(tuán)44。對含陽離子染料的印染廢水，以鐵系、鋁系為代表的無機(jī)絮凝劑對脫色基本無效，因?yàn)檫@些無機(jī)絮凝劑水解

7、生成的聚羥陽離子與水體中復(fù)雜染料陽離子具有同種電荷，由于同性相斥的原因，凡靠陽離子的聚沉作用進(jìn)行絮凝脫色的絮凝劑，包括無機(jī)絮凝劑，大部分陽性高分子絮凝劑，對陽離子染料都自然無能為力。如果能將水中的染料陽離子通過某種方式轉(zhuǎn)化為陰離子或中性分子，則可用無機(jī)絮凝劑或陽離子高分子絮凝劑除去。據(jù)報(bào)導(dǎo)，國外采用射線輻射絮凝工藝，大大提高了對陽離子染料的去除率。無論氧化，還是射線輻射絮凝工藝，都是將陽離子染料變?yōu)橹行曰蜿幮裕龠M(jìn)一步處理而獲得好的脫色效果。 3氧化脫色 染料分子中發(fā)色基團(tuán)的不飽和雙鍵可被氧化斷開、形成分子量較小的有機(jī)物或無機(jī)物，從而使染料失去發(fā)色能力。氧化法包括化學(xué)氧化、光催化氧化和超聲波氧

8、化。雖然具體工藝不同，但脫色機(jī)制卻是相同的?；瘜W(xué)氧化是目前研究較為成熟的方法。氧化劑一般采用fenton試劑(fe2+-h2o2)、臭氧、氯氣、次氯酸鈉等。 采用fenton試劑在ph45時(shí)催化h2o2生成oh，使染料氧化脫色，所生成的新生態(tài)fe2+ 還具有促凝作用。用鐵屑 h2o2處理印染廢水，在ph12時(shí)可生成新生態(tài)fe2+，其水解產(chǎn)物有較強(qiáng)的吸附絮凝作用，可使硝基酚類、蒽醌類印染廢水色度脫除99%以上；用鐵粉 h2o2對印染廢水脫色時(shí)，當(dāng)鐵粉含量為1g/l、h2o2為1mmol/l、ph23時(shí)，脫色效果極佳45。光催化氧化法利用某些物質(zhì)(如鐵配合物、簡單化合物等)在紫外光的作用下產(chǎn)生自由

9、基，氧化染料分子而實(shí)現(xiàn)脫色。如亞甲基藍(lán)溶液46及毛紡染整廢水等47的光催化脫色及降解；以鐵草酸、鐵檸檬酸或鐵丁二酸絡(luò)合物作催化劑，在紫外光照射下和ph24時(shí)進(jìn)行印染廢水脫色實(shí)驗(yàn)，鐵羧酸配合物能生成烷基、羥基等多種自由基使印染廢水氧化脫色48；紫外線還可強(qiáng)化 對重氮染料的脫色效果45。鐵草酸鹽絡(luò)合物可用于光解活性艷紅x-3b，其光解機(jī)制也已作了充分論述49。超聲波處理印染廢水是基于超聲波能在液體中產(chǎn)生局部高溫、高壓，高剪切力，誘使水分子及染料分子裂解產(chǎn)生自由基，引發(fā)各種反應(yīng)并促進(jìn)絮凝。用超聲技術(shù)降解濃度44.4mg/l酸性紅b水，在投加nacl約1g/l，處理50min時(shí)，酸性紅b廢水脫色率近9

10、0%50。 總之，氧化法是一種優(yōu)良的印染廢水脫色方法，但如果氧化程度不足，染料分子的發(fā)色基團(tuán)可能被破壞而脫色，但其中的cod仍未除盡；若將染料分子充分氧化，能量、藥劑量消耗可能會過大，成本太高，所以氧化法一般用于氧化絮凝或絮凝氧化工藝。采用氧化絮凝工藝，目的是通過氧化法將水溶性染料分子變?yōu)槭杷曰蚴龟栯x子染料分子轉(zhuǎn)變?yōu)橹行浴㈥幮苑肿?，以利絮凝除去。反之，采用絮?氧化工藝則是將氧化作為后處理步驟，對印染廢水做深度處理以進(jìn)一步去除殘余色度及cod。 4生物法脫色 生物法脫色是利用微生物酶來氧化或還原染料分子，破壞其不飽和鍵及發(fā)色基團(tuán)。脫色微生物對染料具專一性，其降解過程分兩階段完成，先是染料分子

11、的吸附和富集，接著再生物降解。染料分子通過一系列氧化、還原、水解、化合等生命活動，最終降解成簡單無機(jī)物或轉(zhuǎn)化為各種營養(yǎng)物及原生質(zhì)。 染料分子細(xì)微的結(jié)構(gòu)變化都會大大影響脫色率，例如某些藻類對含oh、nh2的染料脫色率很高，但幾乎無法降解含ch3、och3、no2的染料分子；染料濃度對脫色率也有一定影響，高濃度染料會抑制微生物活性，影響脫色率或脫色效果。微生物通過體內(nèi)質(zhì)粒來調(diào)控不同結(jié)構(gòu)的染料脫色，提高脫色微生物應(yīng)用價(jià)值的有效途徑是篩選或構(gòu)建具有多功能的超級菌種和提高染料的生物降解性44，并大力開發(fā)具有廣譜絮凝活性的生物絮凝劑51。 好氧工藝是常見的處理工藝，但由于染料分子的抗生物降解性強(qiáng)，處理過程

12、bod5/cod比值下降(可生化性變差)，致使普通的好氧工藝對廢水色度、cod去除率不高(60%70%)。通過向曝氣池中投加fe(oh)3、延長難降解物質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間等措施，能大幅提高曝氣池的活性污泥濃度，降低污泥負(fù)荷及單位數(shù)量菌團(tuán)承擔(dān)的有機(jī)物降解量，從而提高了系統(tǒng)的脫色率和cod去除率。將固定化細(xì)胞技術(shù)應(yīng)用于好氧工藝也可取得良好效果。厭氧 好氧處理工藝能在一定程度上彌補(bǔ)好氧工藝的不足。難降解染料分子及其助劑在厭氧菌的作用下水解、酸化而分解成小分子有機(jī)物，接著被好氧菌分解成無機(jī)小分子。 總之，生物法處理印染廢水的脫色率和cod去除率不高，并且反應(yīng)時(shí)間長，一般不適宜單獨(dú)應(yīng)用，可作為預(yù)處理或

13、深度處理步驟。當(dāng)前生物法脫色的關(guān)鍵是篩選高效降解菌及用構(gòu)建具有降解能力和絮凝活性的菌株，使降解、絮凝和脫色在短時(shí)間內(nèi)完成，以提高處理效率，降低成本，并積極探索對染料分子或印染廢水的前處理方式，如電解、小劑量氧化等，以提高印染廢水的可生化降解性。 5電化學(xué)法脫色 電化學(xué)法是通過電極反應(yīng)使印染廢水得到凈化。根據(jù)電極反應(yīng)方式劃分，電化學(xué)方法可細(xì)分為內(nèi)電解法、電絮凝和電氣浮法、電氧化法。最著名的內(nèi)電解法是鐵屑法，即將鑄鐵屑作為濾料，使印染廢水浸沒或通過，利用fe和fec與溶液的電位差，發(fā)生電極反應(yīng)，產(chǎn)生較高化學(xué)活性新生態(tài)h，能與印染廢水多種組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，破壞染料發(fā)色結(jié)構(gòu)，而陽極產(chǎn)生的新生態(tài)fe

14、2+，其水解產(chǎn)物有較強(qiáng)的吸附和絮凝作用。為了進(jìn)一步提高傳統(tǒng)鐵屑法的處理效果，鐵屑經(jīng)改性或向鐵屑中加入輔助填料，增加了印染廢水中微電池的數(shù)目或延長染料顆粒在鐵屑中的停留時(shí)間，使改性鐵屑法對不溶性染料的色度和cod去除提高了20%30%。 以fe、al作陽極，利用陰極產(chǎn)生的h2將絮體浮起，稱電氣浮法；利用電極反應(yīng)產(chǎn)生的fe2+和al3+實(shí)現(xiàn)絮凝脫色，稱電絮凝法。由于施加脈沖電信號使電極反應(yīng)時(shí)斷時(shí)續(xù)，可降低超電勢及擴(kuò)散阻力，從而降低能耗與鐵耗；同樣，當(dāng)施加交流電時(shí)，兩極均可產(chǎn)生陽離子，更有利于金屬離子與膠體作用，且兩極極性經(jīng)常變化，對防止電極鈍化也有好處，所以電絮凝法的新近發(fā)展是脈沖電絮凝和交流電絮凝。以活性炭纖維作電極的電氣浮法利用電極的導(dǎo)電、吸附、催化、氧化還原、氣浮的綜合性能，實(shí)現(xiàn)了吸附-