染料工业废水处理工艺技术研究

唐跃明

摘 要：印染行业的废水对水体、土壤和生态环境具有很大的损害性，文章介绍了印染废水的特点，从物理、化学、生物三个维度对常见的废水处理方法进行了综述和简评，主要包括吸附法、超声波法、混凝法、化学氧化法、光催化氧化法、高温深度氧化法和生物法等。

关键词：染料废水；废水处理

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）21-0175-02

工业污水在我国的每年污水排放中约占一半，其中排放的35%主要是纺织印染废水，印染行业废水污染性大，已经成为我国重要的污染源，容易对生态环境造成严重损害，印染行业废水治理是我国环保工作所面临的重要而又严峻的任务。只有彻底解决此行业的废水污染治理问题，才能实现行业的健康、可持续发展。

1 印染废水的特点

印染企业生产过程排放了大量各种废水，水质复杂，其中含有许多具有高浓度和毒性的有机物和无机盐，染料废水一般具有以下特点：

①印染废水属有机性废水，其废水中的有机物含量高，色度高，组成成分复杂，难降解。印染过程中使用大量的染料、浆料、助剂，以及酸、碱、纤维和无机盐等，尤其是染料，其成分非常复杂，基本上以芳烃和杂环为母体，带有显色基团和部分极性基团，难降解，可生化性差。废水中含有的萘类、酚类物质更是具有毒性。在印染过程中，经过各种工序后，这些污染物仍然会在废水中残存。染料化工废水性质复杂，含有大量高分子及结构稳定的化合物，这些物质化学稳定性强，具有致癌、致畸、致突变作用，属有毒难降解有机污染物。

②印染行业中所应用的染料和助剂越来越朝向抗氧化、抗光解、抗降解的方向发展，再加上染料废水的酸碱度变化比较大、有机污染物的可生化性也越来越差，使得这些废水若用一般的方法处理变得越来越困难，难度越来越大。

③印染废水会对水体、土壤和生态环境造成严重损害。印染废水中的染料具有可吸收光线的特点，这就降低了水体的透明度，使得水体中的生物、微生物生长环境受到损害，同时也就弱化了水体天然拥有的自我净化功能。因此印染废水对水体、土壤、生态环境乃至人类健康都会产生严重的损害。

2 染料废水处理方法

大多数染料化学性质稳定，降解难度高，印染行业废水治理的首要任务就是寻找更为有效的方法对染料进行降解和处理。笔者将主要围绕染料废水处理技术中的物理法、化学法、生物法，对其特点原理和研究应用展开论述。

2.1 物理法

2.1.1 吸附法

吸附法是在印染废水浓度比较低的前提下，利用多孔物质表面可有效吸附废水污染物的原理，将废水通过由吸附剂组成的特殊过滤层，达到净化水质的目的。该法在印染废水处理中应用较多，常用作印染废水的深度处理，且常和其他方法组合使用。

吸附剂的种类很多，比如活性炭、吸附树脂，以及由壳聚糖和活性炭及纤维素混合制成的染料吸附剂等。活性炭具有很强的吸附能力，对水溶性染料具有较好的吸附功能；大孔吸附树脂也是一种优良的吸附剂，主要用于去除芳香族磺酸盐、萘酚类物质，其原理在于大孔吸附树脂是一种高分子柱状体，具有比较复杂的交联网络结构，其孔结构和比表面积都非常适合用作染料吸附剂。特别适用于对活性染料和酸性染料污染物进行吸附的是由壳聚糖和活性炭及纤维素混合制成的染料吸附剂，其吸附容量分别为264 mg/g和421 mg/g。

在这些吸附剂中，活性炭虽然被认为是印染废水最好的吸附剂，但也有自身的局限性，价格较为昂贵，且不易再生，同时活性炭作为吸附剂时，需要对废水进行预处理，原因在于若废水中的悬浮颗粒将活性炭的孔道堵塞了，则处理效果就会比较差。活性炭的再生、吸附后活性炭与废水分离是目前研究的热点和难点，目前高温热解是较为成熟的再生方法，国外有科技工作者对利用磁性吸附剂将活性炭从废水中分离的技术进行了研究。大孔吸附树脂现已成为有效处理废水的重要方法之一，其物理化学稳定性好，易再生，但其局限性在于其吸附效果好的只能是对一些相对质量较小的染料分子，而对染料大分子的亲和力不够。由壳聚糖与活性炭及纤维素混合制成的染料吸附剂在水中具有很好的分散性，接触过滤法处理相对简单而廉价。

为了找到其他成本更低、更加高效的吸附剂，Konduru等对泥煤、钢渣、膨润土、粉煤灰四种无机吸附剂进行了实验研究，结果表明，对于处理酸性染料废水来说，粉煤灰和钢渣的吸附能力已相当于活性炭；对碱性染料来说，泥煤、膨润土的吸附效果也非常良好；对分散染料来说，泥煤、钢渣、膨润土、粉煤灰这四种无机吸附剂的吸附效果可超过活性炭。

我国的郝艳玲等对风化煤吸附剂处理染料废水进行了研究，实验结果表明，在碱性条件下经吸附混凝后，废水CODCr和BOD5的去除效果及废水的脱色效果均较好。也有研究者进行实验研究了桉树皮、稻壳、竹子、麦秆、野草、花生壳等天然碳纤维的吸附效果，结果表明经过处理后的这些碳纤维对染料都有很好的吸附效果。

2.1.2 超声波法

超声波技术是利用频率在15 kHz以上的声波作用下产生的声空化效应，使水分子和染料分子离解产生自由基，引发超声化学反应，使废水中浊度、COD等含量下降，降低废水中有机污染物的浓度。

Ince等人利用超声波法对染料污水处理进行了研究，通过超声波对染料分子结构产生的超声化学作用，染料转化为腙式结构，后者更易被降解，并且随着PH值的减小，降解程度则增加。

利用超声波法降解废水中的污染物，虽然成本较高，处理量偏小，但从长远来看，却是一种清洁、简便、有效、应用前景良好的印染废水处理技术，该项技术可使染料废水的可生化性提高一倍，有效解决了单纯用生物法难以降解的问题。

2.2 化学法

2.2.1 混凝法

对印染废水中的不溶性染料和大分子有机物具有很好的去除效果的是混凝法，并且其投资少占地小，工艺简单，操作管理方便，成为印染废水的常用处理方法之一。

混凝法可分为沉降法和气浮法，当前处理染料废水工艺较为成熟的方法是沉降法。常用的混凝剂是无机铁复合盐类，另外高分子混凝剂也日益增多。我国的研究者曾淑兰、吴冰艳、方忻兰等分别对玉米淀粉及淀粉衍生物、木质素衍生物、甲壳衍生物三大类天然高分子絮凝剂进行了研究实验，在色度去除率、CODCr去除率方面都达到了良好的效果。但天然高分子絮凝剂因分子量低、电荷密度小，易发生降解，而后的人工合成的有机高分子絮凝剂则克服了以上的缺点，PAN-DCD、Wx系列高分子脱色絮凝剂、PDADMA-AM，都是比较具有代表性的人工有机高分子絮凝剂。混凝法未来的研究方向和热点主要是开发有机-无机复合混凝剂。

2.2.2 化学氧化法

化学氧化法是在染料废水中加入臭氧、Fenton试剂、次氯酸等氧化剂，将废水中的污染物直接氧化，可以高效地处理污水。臭氧氧化法对多数染料都能获得良好的脱色效果，对于有的水溶性染料和中间体废水，该法的脱色率可达90%以上，对含活性、阳离子、酸性等染料的有机废水，基本可以完全脱色，但臭氧法也有其局限性，主要是臭氧的水溶解性差，其发生装置成本较高，且易造成二次污染。Fenton试剂氧化法的核心原理即利用Fe2+、Fe3+作为催化剂，在H2O2存在时，与催化剂反应产生强氧化性，所产生的羟基自由基使染料有机物断链，使有机分子氧化。为了提高Fenton试剂法的氧化能力，也有国内外研究者运用紫外线、草酸盐等增强Fenton试剂法的氧化和降解能力，其污水处理效果更好。在印染废水治理实践中，可单独运用Fenton试剂处理有机废水，也可与混凝沉降法、活性炭吸附法、光催化法、生物法等其他方法联合应用。Fenton试剂除了具有强氧化作用外，还兼有混凝作用，其脱色和COD去除率都比较高。

2.2.3 光氧化法

光氧化法主要是在有催化剂或无催化剂的情况下，运用光化学反应，使印染污水中的有机污染物氧化降解。

在有催化剂的情况下，光催化氧化主要运用光照使半导体催化的电子价带上形成空穴，导带上产生高能负电子，迁移的电子和光生空穴使有机物氧化降解成低分子无机物。二氧化钛是比较常见的催化剂。光催化氧化法的脱色效率高，污染物降解高效彻底，可有效节能，但催化剂从污水中的分离和回收，如何寻找更加高效的催化剂却是光催化氧化法所面临的问题。光电催化则是光催化氧化法发展中的一个重要分支方向，我国姚清照等运用纳米结构的TiO2膜和光透电极的实验研究表明，利用电化学辅助光催化技术对于染料一品红、铬蓝K、铬黑T的降解效果最好，其去除率可达82%。

2.2.4 高温深度氧化法

高温深度氧化法主要包括湿式空气氧化法、超临界水氧化法和焚烧法。

湿式空气氧化法是在高温高压条件下通入空气，使废水中的有机物直接氧化。在难降解染料废水方面，主要有超临界水氧化法，此法利用临界温度为374 ℃和临界压力为22.1 MPa的超临界水作为介质，当超临界态水形成均相氧化体系时，有机物快速发生氧化反应，以此达到氧化分解有机物的目的。超临界水氧化法适用范围广，降解效率高。高温深度氧化法中最容易实现的方法是焚烧法，国外一些专家认为，当高浓度有机废水COD大于100 000 mg/L，热值高于4.1868×2 500 kJ/kg时，用焚烧法将比其他方法更加经济。

2.3 生物法

生物法具有运行成本低、不会产生二次污染、对环境污染友好的特点，是应该广泛的处理技术。对生化处理方式的研究主要有厌氧—好氧、生物絮凝、生物活性炭吸附、高效菌群培养等。

厌氧处理和好氧处理各有优势，前者对染料废水的色度去除率较高，后者对色度去除率不甚理想，但对CODCr、BOD5的去除率较高，随着染料的抗分解、抗生物降解性能越来越强，新发展的厌氧-好氧联合处理工艺则比单独工艺的处理污水效果更好。生物絮凝剂不但降解能力强，而且性能安全，是生物法研究的重要方向。将活性炭与微生物的作用相结合的生物活性炭吸附法，常被用作染料废水的深度处理工序。

高效菌群是利用微生物的新陈代谢将染料废水中的有机物分解成对水质无害的无机物，可针对不同废水配以不同菌群去分解不同的污染物，高效菌群中比较有代表性的是白腐真菌，其适应性强，对有毒难降解的污染物，具有良好的脱色和降解能力。

为了减小生物法处理的负荷，提高废水的可生化性，目前又出现了诸多对于生物法的改进，比如多种生物反应器串联使用、絮凝法与生物法的联用、微波法与生物法的联用、水解酸化与生物法的联用等。另外，国内外的研究者们也针对生物固化技术、生物强化技术、筛选高效降解菌、培育基因工程菌等开展了实验研究。

参考文献：

[1] 岳治杰，杨佳财.染料废水处理技术现状与发展[J].环境科学与管理，2012，（7）.