物化法处理印染废水的研究进展.doc

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1、物化法处理印染废水的研究进展我国是印染纺织第一大国，而印染行业又是工业废水排放大户，据不完全统计，全国印染废水每天排放量为3.01064.0106t。印染废水具有水量水质变化大、有机污染物含量高、色度深、pH波动大等特点，过去常采用成本较低的生化法处理即可满足较低的排放标准。近年来，随着难生物降解的聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CWC)、表面活性剂和新型助剂的大量使用，同时由于印染行业需求染料向抗光解、抗氧化、抗生物降解方向发展，COD质量浓度也由原来的数百mg/L上升到20003000mg/L，导致印染废水的处理难度大大增加，单独采用生物处理工艺往往达不到排放标准。为此，将物化法与生化法

2、结合处理该废水。结合形式包括：(1)通过物化法的预处理来降低废水中难降解污染物的含量，减少生物毒性，并提高可生化性，废水再进入生化处理装置;(2)印染废水在经过生化处理后，再通过物化法深度处理。近年来将物化法与生化法联合处理印染废水的耦合技术已经成为其主要的发展方向。有关废水的生化处理方面的研究已有很多，笔者仅针对印染废水的物化处理技术做一介绍。1处理印染废水的物理方法常用的处理印染废水的物理方法主要包括吸附、混凝、膜处理等。通常地，吸附和膜处理技术作为生物处理的深度处理技术;而混凝技术视具体情况可以放在生物处理工段的前面，也可以放在后面。这些技术都可取得较好的效果。不过一般来说此类技术只是对

3、废水中的污染物进行了相间转移，并没有从根本上消除污染，而且相应材料消耗较大，增加了处理成本，限制了大范围的推广应用。1.1吸附法当印染废水与多孔性物质混合或通过由其颗粒组成的滤床时，污染物就会进入多孔物质的孔隙内或者是黏附在表面而被除去。吸附法适用于低浓度印染废水，多用于深度处理。应用最多的吸附剂是活性炭，但单独采用活性炭吸附处理印染废水的成本很高。近些年来研究的重点主要在于寻找开发新型廉价易得的吸附剂，并对其进行改性来提高吸附性能，其种类和主要性能如表1所示。1.2混凝法混凝工艺流程简单，操作管理方便。但由于染料品种繁多，单一混凝剂难以适应成分复杂的印染废水，因此开发新型高效无毒混凝剂，对现

4、有药剂进行改性，争取做到一剂多用是目前该技术发展的趋势。目前常用的絮凝剂包括无机絮凝剂、有机絮凝剂及生物絮凝剂。无机絮凝剂主要有铝盐、铁盐等低分子混凝剂以及聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁等高分子混凝剂。传统的铝盐混凝一直占主导地位，其絮体小、形态稳定，对大部分染料废水处理效果比较理想，但反应较慢，受温度影响较大且有毒性;铁盐反应快、絮体大、易失稳沉淀，对疏水性染料脱色效率高，但对亲水性染料脱色不理想，投加量不当会使水体呈现黄色，COD去除率低。有人围绕着铁磁性物质展开研究，通过磁种混凝使非磁性污染物获得磁性，实现磁分离来缩短时间。D.Pak等1将炼钢过程中产生的废渣粉碎(其成分中含有磁性铁氧

5、化物)来处理纺织废水，沉降速度较FeCl3或PAC大10倍，对色度、SS、TOC、COD、总氮和总磷的去除率都较高;贾宏艺等2利用磁性纳米Fe3O4颗粒的超顺磁特性，在外加磁场的作用下将磁颗粒、亚铁盐及有机物形成的混凝体迅速沉降下来，COD去除率较只投加亚铁盐时高15%。有机高分子絮凝剂较无机絮凝剂絮凝速度快且稳定，用量少，受共存盐类、pH及温度影响小，产生的残渣也较少，因此应用前景更加广泛。主要品种有聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚胺等，由于合成高分子有毒性，因而天然无毒的高分子絮凝剂如壳聚糖日益受到重视。但壳聚糖只能溶解于弱酸性溶液，溶解度较小，在壳聚糖分子上引入基团对其进

6、行改性，增强壳聚糖的螯合能力已经成为必然趋势。刘运学等3对比了羧甲基壳聚糖和壳聚糖对某毛巾厂印染废水的混凝处理效果，在相同工艺条件下前者得到的脱色率和COD去除率都优于后者。近些年生物絮凝剂发展迅猛，其对水中胶体和悬浮物具有絮凝作用，且无二次污染，具有高效、无毒、絮凝对象广泛、脱色效果独特等优点，但是成本较高，技术上还存在一些问题。1.3膜分离膜分离技术由于无相变、设备简单、操作方便等优点，迅速发展日趋成熟并已形成工业化规模，但不适宜直接处理印染废水，否则极容易造成严重的膜污染且难以再生;膜分离技术多用于深度处理，降低和去除残存的有机物、色度并脱除无机盐分，分离前段工艺中形成的微生物、絮凝物或

7、是投加的固体催化剂，与其他技术联用的效果极好，出水可以达到回用标准。丛利泽等4采用混凝沉淀法对COD高达2500mg/L，色度高达10000倍的印染废水进行预处理，后接膜生物反应器与纳滤膜分离系统组合工艺，处理后COD降到30mg/L，NH3-N降到8mg/L，色度为0，其中纳滤膜主要分离色素等生物难降解小分子物质。浙江某公司5采用超滤-反渗透联用处理印染废水，超滤可去除部分有机物及色度，更主要是去除可能污堵反渗透膜的胶体、细菌、病毒等杂质，延长了反渗透膜的清洗周期和寿命;反渗透可去除98%的盐分，完全去除硬度，同时对COD、色度也具有极高的去除作用，出水完全达到纯水标准。2化学氧化方法化学氧

8、化能够使印染废水中的有机染料发生化学反应而被分解，常用的氧化剂包括O2、O3、ClO2、H2O2、新生态MnO2等。这些氧化剂都能与染料发生氧化还原反应，但由于成本高或效率低导致费用昂贵，于是人们纷纷添加催化剂来提高其氧化性能，通过产生氧化活性更高的OH来提高其氧化能力。印染废水中染料的颜色来源于染料分子的共扼体系含不饱和基团N=N、C=C、N=O、C=O、C=S、CH=N等的发色体6。OH的标准氧化电位高达2.8eV，是除元素氟以外最强的氧化剂，能够有效打破共扼体系结构，使之变成无色的有机分子，无选择地将绝大多数有机物彻底氧化成CO2、H2O和其他无机物。2.1光化学氧化法光化学氧化印染废水

9、不受盐离子种类、有机物浓度和pH波动的影响，无二次污染，操作条件温和。利用紫外光照射在TiO2的表面产生OH进而氧化有机污染物是当前实验室内最主要的方法，但对于色度较高的印染废水由于光透过性较差而使处理效果不够理想。于是研究重点正在从利用紫外光的光催化氧化向利用可见光的光敏化氧化转变。因为染料本身就是一种光敏化剂，能够被可见光激发向TiO2转移电子，形成的导带电子被水中的氧捕获，进而形成O2-和OH，这样协助催化剂被间接激发，从而扩大了可利用光的波长范围，甚至可以直接利用太阳光，极大地降低了处理成本。在实验室内采取的措施有：改变光收集装置透镜聚焦7、复式抛物线集光器8、镀发光剂9、联合类Fen

10、ton技术8-10等，这些都得到了良好的处理效果。在突尼斯占地50m2的光敏化氧化工艺中试装置的运行结果表明，太阳光能够去除难降解有机物和色度11，甚至较实验室内有更高的效率(量子产率达15%)，并提高了废水的可生化性，这在阳光充沛的地区具有极大的意义，只是太阳光的光效率过低，使得处理设施占地面积庞大。2.2电化学氧化法关于电化学氧化的研究主要集中在对电极的改进上，以提高电极材料的催化性能，提高电流效率降低能耗。温轶等12以碳纳米管电催化电极做阳极，不锈钢片为阴极分解处理含活性艳红X-3B的模拟印染废水，在酸性条件下当电流密度为20mA/cm2时可以有效电催化氧化有机染料。A.Sakalis等

11、13以铌/硼掺杂金刚石为阳极来处理4种偶氮染料，与Pt/Ti相比，电耗更低，效率更高，脱色率高达90%。A.Koparal等14利用硼掺杂金刚石拉西环形阳极在双极滴流塔反应器中处理碱性红29，其分解率达99%，最优的条件下脱色率和COD去除率分别为97.2%和91%，而电流密度仅1mA/cm2。实际印染废水往往含有大量无机盐类，导电性较强，无需额外投加电解质。研究表明，当废水中含有卤化物时电解效率会提高，其中NaCl影响最大，不仅能降低电耗，利于絮凝，还能在阳极形成ClO-继续氧化。A.Sakalis等15还发现Na2SO4也有相似效果可生成S2O32-，但效果没有NaCl明显。另外通过电解产

12、生的O2或是外界提供的O2还可以在阴极上还原产生H2O2，类似与Fenton试剂联用。JunshuiChen等16将Fe2+换成Co2+，获得了更强的催化能力，对溴邻苯三酚红的分解更加迅速。电化学方法处理印染废水快速高效，优点众多，但由于价格昂贵，实际应用并不多，目前着重在对微观机理、中间产物及其毒性的研究。2.3湿式氧化法湿式氧化法(WAO)是在高温高压条件下，利用溶解的氧气将废水中有机物氧化的方法。该工艺操作条件苛刻，对反应器要求严格，且停留时间较长。旨在降低反应温度和压力的湿式催化氧化技术(CWAO)近年来受到广泛的重视和研究。如何使反应条件变得更加温和是湿式催化氧化工艺的关键。有人投加

13、H2O2、O3等氧化性物质来降低操作条件，也有人制备高效催化剂尝试在常压较低温度下处理染料溶液。Sung-ChulKim等17以10gAl-Cu柱状黏土催化H2O2处理1000mg/L的活性蓝19溶液，常压、80下，20min内可完全将其去除，还抑制了Cu的溶出。YanLiu等18在常温常压下向500mg/L的甲基橙模拟染料废水通入空气2.5h，采用Fe2O3-CeO2-TiO2/-Al2O3作为催化剂，脱色率、COD去除率和TOC去除率分别可达98.09%、97.50%和97.08%;HongzhuMa等19在常压、35、pH=5的条件下，用CuO-MoO3-P2O5催化氧气处理300mg/

14、L的甲基橙溶液，脱色率仅有55%，而在相同条件下亚甲基蓝10min的脱色率就可达99.26%。2.4Fenton法Fenton试剂是由H2O2与Fe2+混合组成的氧化体系，H2O2在酸性条件下(一般pH3.5)被Fe2+或Fe3+催化分解产生高活性的OH和O2H，同时Fe离子还具有絮凝作用。W.Bae等20采用Fenton法处理印染纺织废水时发现Fe离子絮凝的效果远大于自由基的氧化作用。此技术去除效率高，易操作，但是酸性的反应环境会造成设备腐蚀，因此在排放前须进行中和处理，且出水中Fe2+排放浓度高。李绍锋等21采用Fenton试剂对9种活性染料所配水样进行处理，pH在35之间，Fenton试

15、剂对9种染料的降解效果均较好，色度去除率达90%以上，COD去除率在40%80%之间。反应后的UV-VIS吸收光谱区已无N=N双键及芳香结构的特征吸收，说明染料分子中此部分结构已被Fenton试剂彻底破坏。单独采用Fenton试剂氧化印染废水中的有机物时H2O2的消耗量过大，处理成本高，一般需与其他技术联用。近年来有人在Fenton工艺里引入紫外20、草酸盐等或是固定催化剂22-24，可进一步增强其氧化能力、扩大适用的pH范围和抑制Fe的溶出。JiyunFeng等25把Fe涂在斑脱土上作为光Fenton催化剂氧化偶氮染料Orange，脱色率100%，TOC去除率达50%60%。A.Durn等8

16、对比了光Fenton技术在投加草酸盐与否时处理活性蓝4溶液的效果，发现前者有助于创造低pH氛围，提高了反应速率，且COD、TOC的去除率都优于后者。2.5微波诱导催化氧化法微波是指波长为1mm1m、频率为300300000MHz的一种电磁波。在液体中微波能使极性分子高速旋转，产生热效应;许多磁性物质如过渡金属及其化合物、活性炭等对微波有很强的吸收能力，常作为诱导化学反应的催化剂，当受微波辐射时不均匀的表面会产生许多“热点”，其能量比其他部位高得多，诱导产生高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光解和非平衡态等离子体等多种反应，可以产生高温并形成活性氧化物质，从而使有机物直接分解或将大分子有机物转变成小分子有机物。张国宇等26以颗粒活性炭为催化剂微波诱导氧化雅格素红BF-3B150%染料废水，较单独