染料废水处理的基本方法

1.染料废水处理现状及国内外研究进展染料不但具有特定的颜色，而且结构复杂，以高分子络合物为多，结构很难被打破，生物降解性较低，大多都具有潜在毒性，在环境中的归趋依赖于很多未知因子。加之染料生产具有品种多、批量少、更新快的特点，致使染料废水难找到行之有效的处理方法。染料废水的处理方法很多，下面分别对其作简要介绍。1.1膜分离法膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称，常用的膜分离方法有渗析、电渗析、超滤和反渗透。膜分离技术用于染料废水处理始于上个世纪70年代初，膜分离技术有澄清、浓缩作用，最主要的是具有从连续流动系统中分离染料的功能。膜技术处理染料废水可将废水分离为浓缩液和透过液。其中浓缩液可用于染料回收，透过液也可回用，用于染料的生产。这样做既可以实现废水的有效处理也使得染料不随排水流失，又不会造成水质污染.IsmailKoyuncu用DS5-DK型纳滤膜处理染槽废水(废水中含活性黑5、活性蓝9、活性橙16、和NaCl)，结果表明，该纳滤膜对染料的截留率在99%以上，透过液几乎无色，该膜的通量受染料浓度的影响较大，在染料浓度恒定时，通量随染料浓度的增加而减小。蔡惠如等通过采用纳滤技术分别对配制染料废水和实际染料废水的染料截留和脱色进行实验，发现纳滤对染料废水的脱色率很高，对染料含量1000mg/L的进水，脱色率大于99%。膜分离法具有能耗低、工艺简单、不污染环境等特点。但是膜分离技术由于浓差极化、膜污染及膜的价格较贵，更换频率较快，使处理成本较高，从而严重阻碍了膜分离技术的更大规模的工业应用。1.2萃取法萃取实质是采用与水不互溶但能很好溶解污染物的萃取剂，使其与废水充分混合触后，利用污染物在水和溶剂中不同的分配比分离和提取污染物，从而净化废水。萃取法处理染料废水是利用不溶或难溶于水的溶剂将染料分子从水中萃取出来。常用的萃取法有溶液萃取、电泳萃取、液膜法等。Pandit等采用可逆胶囊液-液萃取方法，通过把有机染料(有机相)与水相分离而使废水得到处理。他们的研究表明，在阳离子十六烷基三甲基溴胺表面活性剂存在下，阴离子甲基橙从水中得到有效地分离；在阴离子十二烷基苯硫酸盐表面活性剂存在下，戊基乙醇作为萃取溶剂，阳离子亚甲基蓝也得到有效分离。陈敬润等以天然植物油为膜液，含聚四氟乙烯涂层的聚丙烯平板膜(PPsT)作为支撑膜，研究了支撑液膜（SLM）系统去除和回收水溶液中分散染料阳离子红4G的性能及影响因素，在最佳条件下，100mg/L的染料溶液其去除率达到94.1%。近年来液膜技术发展较快，利用液膜技术萃取含染料废水中的染料物质，具有明显的经济效益和环境效益。1.3辐射法微波辐射是辐射法中常用的处理染料废水的方法。微波辐射用于消除有机污染物是80年代后兴起的一项新技术，微波位于电磁波谱的红外辐射和无线电波之间，微波仅对液体中的极性分子起作用，能使极性分子产生高速的旋转碰撞产生热效应，改变体系的热力学函数，降低反应的活化能和分子的化学活性。此外，微波还有非热效应的特性，即在微波场中，剧烈的极性分子振荡，能使化学键断裂，使污染物降解。冯建敏等采用微波辐射技术，建立了酸性黄染料废水的处理工艺，实验结果表明，质量浓度50mg/L的酸性黄染料废水50mL，活性炭用量2g，微波辐射功率800W，处理7min时，可以得到最佳的废水处理效果。刘宗瑜[20]等为有效处理酸性染料废水，采用在吸附催化剂的存在下微波辐射技术处理染料废水，并取得了良好的实验结果，对染料废水的去除率达到96%~98%。辐射法可有效降解染料等其他难生物降解的有机物，且辐射技术和其它技术有很好的协同作用，与传统的水处理技术相比，辐射技术在常温常压下进行，工艺简单，无二次污染。该技术存在的主要难题是用于产生高能粒子的装置昂贵、技术要求高，而且该法的能耗大、能量利用率较低；此外为避免辐射对人体的危害，还需要特殊的保护措施。因此该法要投入运行，还需进行大量的研究探索工作。1.4氧化法氧化法也是含染料废水处理常用的方法，目前主要有：高温深度氧化法、化学氧化法和光催化氧化法。其中光催化氧化技术在染料废水处理领域的应用具有良好的市场前景和经济效益。光催化氧化法是利用光和特定的催化剂产生强烈的氧化作用氧化分解废水中有机物的化学方法。常用的光源为紫外光，常用的催化剂为HO、Fenton试剂、O3等。柴嫔姬等人[22]对紫外光照射下二氧化钛光催化氧化处理亮蓝染料废水进行了研究，考察了紫外光照射时间、TiO2投入量、废水pH值、废水初始浓度和HO加入等因素对亮蓝转化率的影响。结果表明，在紫外光照射60min下，亮蓝转化率可达75.6%，75.6%，TiO与HO间存在显著的协同效应。王莹、熊振湖采用UV/Fenton高级氧化技术对偶氮染料铬黑T模拟废水进行了光催化降解，考察了溶液的pH值、染料浓度、[HO]/[Fe2+]以及光照强度对脱色效果的影响。在一定条件下，该技术对铬黑T染料废水的脱色率可达到95%以上。光催化氧化法处理有机废水不产生或者产生很少污泥，此外，该技术能有效破坏很多结构稳定难以降解的有机污染物，具有高效、污染物降解更彻底等优点。1.5混凝法混凝法是废水处理的常用方法，主要有混凝沉淀法、混凝气浮法。近年来，针对传统的混凝药剂处理效果不理想等缺点，国内外开发、研究和应用无机或有机高分子混凝剂日益增加。李春华等人对混凝剂在印染废水中的应用作了详细的介绍。铝盐和铁盐等无机混凝剂，对分散染料、硫化染料等以胶体或悬浮状态存在于废水中的染料有良好的混凝效果，但对酸性染料、活性染料、阳离子染料等水溶性染料的混凝效果较差；高分子碱式氯化铝和聚丙烯胺的混凝效果优于无机盐混凝剂；有机絮凝剂用量少，絮凝速度快；微生物絮凝剂无毒、无害、易于固液分离。邱荷香等采用水解酸化—A/O—化学混凝沉淀法处理此类废水，各项污染物的去除率高，有较强的耐冲击负荷能力，处理效果稳定，处理费用较低。混凝法工艺流程简单，操作管理方便，设备投资省，占地面积小，对疏水性染料脱色效果很高。但该法运行费用较高，泥渣量多且脱水困难，对亲水性染料以及对水体中其他可溶性N、P化合物去除率差，需开发新型高效混凝剂。1.6生物法一般地说，物理、化学处理方法只是将将污染物浓缩、转移，对环境的潜在的影响不容忽视，而生物法是利用污染物为微生物的营养源，是实现污染物减量化、无害化的理想手段。常见的生物法有活性污泥法、生物膜法及固定化微生物(酶)技术等Kapdan等在活性污泥单元对模拟的BlueG活性染料废水进行研究，结果表明在添加白腐真菌的活性污泥法中，添加木灰作为吸附剂，在染料质量浓度为200mg/L、吸附剂质量浓度为150mg/L、活性污泥泥龄为20d的条件下，最大脱色率为82%。张永明[27]等用蜂窝陶瓷作为生物膜载体的生物反应器来降解活性翠蓝(RTB)，研究了不同基质与RTB共基质降解的规律，结果表明浅色基质有利于对色度的去除。而添加基质的方法对活性翠蓝去除率的影响较大，分批加入比一次性加入有助于色度的快速去除。王芳等介绍了固定化微生物技术，并综述了固定化微生物技术处理印染废水的发展现状。国内外从20世纪80年代末90年代初开始用固定化细胞技术进行印染废水脱色研究，通过将活性污泥中分离、筛选出来的优势菌种加以固定，组成一个快速、高效、连续的废水处理系统，脱色率在80%以上，CODcr的去除效果良好，预示着固定化细胞技术在处理印染废水方面具有广阔的应用前景。生物法在染料废水中的应用最为广泛，生物法具有处理效果好、运行费用低等优点。但由于技术方面的原因，该法运行不稳定，适用性不广，受外界因素的影响较大，在实际应用中受到了一定程度的限制。为了提高生物技术的生物降解效率，目前国内外展开了大量的研究并取得了不错的成绩。1.7吸附法吸附法以其能够选择性地富集某些化合物的特性在废水处理领域有着特殊的地位。吸附是指固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，当某些物质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上。吸附的结果是吸附质在吸附剂上浓集，吸附的表面能降低。吸附技术就是利用多孔性固体吸附废水中某种或几种污染物，以回收或去除某些污染物，从而也是使废水得到净化的方法吸附法中常用的吸附剂有活性炭、树脂、矿物、废弃物等。染料废水的吸附脱色有两种机理：吸附和离子交换，吸附效率受很多理化因素的影响，如染料—吸附剂的相互作用、吸附剂的比表面积、吸附剂的颗粒尺寸、温度、pH值和吸附时间等。（1）活性炭吸附法活性炭作为一种优良的吸附剂已经广泛地用于染料废水的脱色，活性炭能去除各种染料的颜色，处理效果取决于活性炭的类型和染料废水的特性，增大活性炭用量可提高吸附率。活性炭价格较高，使它的应用受到限制，使用后的活性炭需要再生，再生的方法有高温和解吸液处理两种，再生会导致活性炭10~15%的损失。（2）树脂吸附法20世纪后期,随着结构改良的离子交换树脂、吸附树脂和复合功能树脂的成功研制，树脂吸附法被广泛应用于化工废水的治理与资源化。但是在染料废水处理方面的研究和应用相对不是很多，有人针对染料废水合成出具有不同物理化学特性的树脂来处理该类废水，并取得了较好的处理效果。一般染料废水中都含有比较多的无机盐，而盐类对树脂的吸附有一定的影响。SilkeKarcher等研究了硫酸盐，碳酸盐，磷酸盐等无机盐对吸附的影响。研究发现，硫酸盐对吸附的抑制很弱，碳酸盐对吸附的抑制中等，磷酸氢根离子的存在对吸附有着强烈的抑制作用，目前对此还没有合理的解释。（3）矿物、废弃物吸附法自然界中的很多物质具有多孔结构，有良好的吸附性能，可用来处理染料废水。天然矿物主要包括各种黏土，矿石，煤炭等，一般储量都比较丰富，我国矿渣，炉渣，煤渣，粉煤灰等废物量也很多，成本更为低廉，因此这些无机吸附剂的应用前景比较广阔。曾秀琼用改性的天然膨润土吸附活性艳红X-3B，并与活性炭进行比较。结果表明，两者对废水的脱色率都在90%以上。KonduruR.Ramakrishna等将泥煤、钢渣、膨润土、粉煤灰等无机吸附剂和活性炭对染料的吸附性能进行了比较，试验结果表明，钢渣、粉煤灰对酸性染料以及泥煤、膨润土对碱性染料的吸附效果可以和活性炭相媲美，而这四种吸附剂对分散染料的吸附效果都优于活性炭，这一结果为低成本的吸附剂走向工业化应用提供了科学依据。很多科学家对一些天然的原料和农业精制炭进行了进一步处理，并研究了这些物质的吸附行为，其中桉树皮、稻壳、竹子、麦杆、椰子壳、野草、木薯皮、花生壳、李子核、棕榈果等天然炭纤维经过处理后对染料都有很好的吸附效果。但是这些吸附剂吸附饱和后如何处置是有待解决的难点。找到一种行之有效的吸附剂可以更好的处理染料废水。