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草酸处理印染废水

发布时间:2025-06-27 09:15:57

Ⅰ 印染废水主要腐蚀特点以及改如何防腐

各类印染废水总体上属于有机性废水,其中所含的颜色及污染物主要有天然 有机物质 (天然纤维所含的蜡质、 胶质 、 半纤维素 、油脂等)及人工合成有机物质(染料、助剂、浆料等);由于不同纤维原料的织物在染色和印花过程中,染色溶液和印花溶液为 电解质 溶液,为更好地印染到不同的织物上,需要在不同pH值条件下进行,因此在印花和染色过程中排放废水的pH值各不相同。不同纤维织物在印花和染色过程中使用的染料不同及其上染率不同,排放废水的颜色也不相同。

印染各工序的排水状况主要有以下分类和特点:

(1)退浆废水:水量较小,但污染物浓度高,其间含有各种浆料、浆料分化物、纤维屑、淀粉碱和各种助剂。废水呈碱性,pH值为12左右。上浆以淀粉为主的(如棉布)退浆废水,其COD、BOD值都很高,可生化性较好:上浆以聚乙烯醇(PVA)为主的(如涤棉经纱)退浆废水,COD高而BOD低,废水可生化性较差。

(2)煮炼废水:水量大,污染物浓度高,其间含有纤维素、果酸、蜡质、油脂、碱、表面活性剂、含氮化合物等,废水呈强碱性,水温高,呈褐色。

(3)漂白废水:水量大,但污染较轻,其间含有残余的漂白剂、少量醋酸、草酸、硫代硫酸钠等。

(4)丝光废水:含碱量高,NaOH含量在3%-5%,大部分印染厂经过蒸发浓缩收回NaOH,所以丝光废水一般很少排出,经过工艺多次重复使用终究排出的废水仍呈强碱性,BOD、COD、SS均较高。

(5)染色废水:水量较大,水质随所用染料的不同而不同,其间含浆料、染料、助剂、表面活性剂等,一般呈强碱性,色度很高,COD较BOD高得多,可生化性较差。

(6)印花废水:水量较大,除印花进程的废水外,还包括印花后的皂洗、水洗废水,污染物浓度较高,其间含有浆料、染料、助剂等,BOD、COD均较高。

(7)收拾废水:水量较小,其间含有纤维屑、树脂、油剂、浆料等。

(8)碱减量废水:是涤纶仿真丝碱减量工序发生的,主要含涤纶水解物对苯二甲酸、乙二醇等,其间对苯二甲酸含量高达75%。碱减量废水不仅pH值高(一般>12),并且有机物浓度高,碱减量工序排放的废水中CODCr可高达9万mg/L,高分子有机物及部分染料很难被生物降解,此种废水属高浓度难降解有机废水。

由此可知不同阶段废水的腐蚀介质和腐蚀机理均有较大差异,一般用于污水池防腐的常规材料大致有:环氧类玻璃钢、环氧煤沥青涂料、乙烯基玻璃鳞片胶泥等,一般水池用常规方法进行防腐,防腐层一般在3mm左右,使用过程中容易起鼓、开裂、粉化(露天水池,环氧类的耐候性较差长期在太阳辐射下容易粉化),环氧煤沥青涂料一般在一年后便出现严重腐蚀。

各种常用防腐材料均有不如意的弊端,那有没有一款材料可以适用于全工艺内大部分的废水的防腐,既可以有极好的防腐效果又可以降低成本呢?为此,北京志盛威华公司防腐团队专门研发了ZS-1032耐强氧化防腐涂料,以应对各类极端严苛的防腐工况,并在不同腐蚀介质交变的环境中有上佳表现。

该涂料采用了聚四氟乙烯、重晶石、鳞片状石墨烯等材料高温钝化螯合而成,涂料固化后,惰性高,耐温达到250℃。涂料中成膜溶液与无机填料混合固化后,聚四氟乙烯较稳定,不容易失去电子,耐溶胀性较好。重晶石、石墨烯等材料在涂层中化学稳定较好,硬度较高,较小的粒径也能使成膜溶液形成较致密的涂膜。这种材料可以防有机溶剂,浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、双氧水、铬酸等强氧化物质,高致密性还有涂料中惰性的分子很难失去电子,保证了涂层的抗氧化性,经试验测试500天无变化,测试依据为国标。ZS-1032耐强氧化涂料涂层可以长时间耐住强氧化性材料如浓酸溶液(盐、硫、硝)、强中间体、极性溶剂的氧化腐蚀,也能耐住航空煤油等油渗透腐蚀。一般的防腐材料很难防住浓硝酸的氧化腐蚀,ZS-1032涂料耐强氧化性腐蚀时,涂层溶胀率很低,加上涂层高致密性,涂料中惰性材料的分子很难失去电子,保证了涂层耐住浓硝酸的氧化腐蚀。

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Ⅱ 印染厂的废水主要有那些

①退浆废水,水量较小,污染物浓度高,主要含有浆料及其分解物、纤维屑、酸、淀粉碱和酶类污染物,浊度大。废水呈碱性,pH值为12左右。用淀粉浆料时BOD、COD均高,可生化性较好;用合成浆料时COD很高,BOD小于5mg/L,水可生化性较差; ②煮炼废水,水量大,污染物浓度高,主要含有纤维素、果酸、蜡质、油脂、碱、表面活性剂、含氮化合物等。废水碱性很强,水温高,呈褐色,COD与BOD很高,达每升数千毫克。化学纤维煮炼废水的污染较轻; ③漂白废水,水量大,污染较轻,主要含有残余的漂白剂、少量醋酸、草酸、硫代硫酸钠等; ④丝光废水,含碱量高,NaOH含量在3%-5%,多数印染厂通过蒸发浓缩回收NaOH,所以丝光废水一般很少排出,经过工艺多次重复使用最终排出的废水仍呈强碱性,BOD、COD、SS均较高; ⑤染色废水,水质多变,有时含有使用各种染料时的有毒物质(硫化碱、吐酒石、苯胺、硫酸铜、酚等),碱性,PH有时达10以上(采用硫化、还原染料时),含有有机染料、表面活性剂等。色度很高,而SS少,COD较BOD高,可生化性较差; ⑥印花废水,含浆料,BOD、COD高; ⑦整理工序废水,主要含有纤维屑、树脂、甲醛、油剂和浆料,水量少; ⑧碱减量废水:是涤纶仿真丝碱减量工序产生的,主要含涤纶水解物对苯二甲酸、乙二醇等,其中对苯二甲酸含量高达75%。碱减量废水不仅pH值高(一般>12),而且有机物浓度高,碱减量工序排放的废水中CODCr可高达9万mg/L,高分子有机物及部分染料很难被生物降解,此种废水属高浓度难降解有机废水。
四川永沁环境

Ⅲ 草酸在水处理方面的用途,要详细的

草酸是无色无臭的透明结晶或白色粉末。有毒。溶于水、酒精及醚中。二水物也是无色版晶体。比重权1.653,熔点101℃,在干燥的空气中或加热时则失去水分成为白色粉末。
草酸可用于铁锈污染消除剂(草酸与铁作用,生成可溶性的草酸铁,容易被水洗去,故可除去织物上所沾染的铁迹)。
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草酸铁络合物法是一种新的高级氧化技术,是对光Feton法的发展,在处理高浓度难降解有机废水方面效果优于UV/Fe^2+/H2O2法、UV/H2O2法、TiO2法和WO3法等,因其具有一定的利用太阳能的潜力。

Ⅳ 染料废水处理设计方案

染料品种数以万计,印染加工过程中约有10%~20%的染料随废水排出,每排放1t染料废水,就会污染20t水体。废水中的染料能吸收光线,降低水体透明度,造成视觉上的污染。染料废水是难处理的工业废水之一,具有色度深、碱性大、有机污染物含量高和水质变化大的特点。大多数染料为有毒难降解有机物,化学稳定性强,具有致癌、致畸、致突变作用;直接危害人类健康,还严重破坏水体、土壤及生态环境,造成难以想象的后果。有效解决染料废水治理问题是消除印染行业发展瓶颈的关键所在。
1 、染料废水及其污染
染料工业污染中尤以染料废水的污染问题最为突出。近些年来,我国每年污水排放量达390多亿吨,其中工业污水占51%,而染料废水又占总工业废水排放量的35%,而且还以1%的速度在逐年增加。每排放1t染料废水,就能造成20t水体的污染。各行业中,印染纺织业的COD排放量排在第4位,而且排放比重还在逐年增加。“三河三湖”中,染料废水对太湖、淮河流域造成的污染状况尤其严重。
染料废水主要来自于染料及染料中间体的生产企业,由染整过程中排放出的染料、浆料、助剂等组成。随着印染工业的迅猛发展,染料废水已成为水体中几种最主要的污染源之一。目前世界染料年产量约为(8~9)x105t。我国是纺织品生产和加工大国,纺织品出口额已多年来列居世界首位,每年的染料生产量达1.5×105 t,其中大约10%~15%的染料会直接随废水排入水体中。
染料废水色度高、水量大、碱性大、组成成分复杂,属于比较难处理的工业废水之。染料是染料废水中的主要污染物,带有各类显色基团(如-N=N-,-N=O等)和部分极性基团(-SO3Na,-OH,-NH2),成分复杂,大多数是以芳烃和杂环为母体,属较难降解的有机污染物,也是我国各大水域的重要污染源。
大多数有机染料化学稳定性强,具有三致(致癌、致畸、致突变)作用,是典型有毒难降解有机污染物。此外,废水中的染料能吸收光线,降低水体的透明度,对水生生物、微生物的生长不利,并且降低了水体的自净能力,同时导致视觉污染,严重破坏水体、土壤及生态环境,直接和间接地危害人类身体健康。
2、 染料废水的处理方法
对染料行之有效的降解和处理技术是治理染料废水的重要前提。针对大多数染料化学性质稳定、难以降解的特点,各国科学家都高度重视染料及染料废水的降解和处理方法的研究。随着科技进步以及污染治理技术的不断发展,人类也找到了很多行之有效的处理染料废水的方法,概括起来不外乎物化法、生物法、物化一生物联合法。
2.1 物化法
2.1.1 混凝沉降法
混凝沉降法是目前处理染料废水效果比较稳定、工艺较为成熟的方法。普遍接受的机理有桥联作用、压缩双层、网捕和电中和作用。混凝剂自身特性决定了其沉降性能的好坏,很多环境因素包括温度、pH和Eh等则可能对沉降功能起促进或抑制作用。近年来,IPF(无机高分子絮凝剂)成为研究混凝絮凝行为和机理的热点。与普通的混凝剂相比,IPF能形成更多的有效絮凝的形态A13+。混凝法的主要研究方向是开发有效混凝剂,尤其是有机一无机复合混凝剂。
张凯松等人副研制的无机一有机复合混凝剂,对染料废水的处理效果比聚合氯化铝(PAC)更为明显。吴敦虎等人¨列对利用硼泥复合混凝剂处理染料污水的研究结果表明:当剂量为0.3~0.6 g/L,pH值为4.0~11.5时,脱色率达到92%以上,优于PAC。
2.1.2膜分离法
膜分离技术具有工艺简单、低能耗、不对环境产生污染的优势。通过自行研制醋酸纤维素(CA)纳米滤膜,郭明远等人指出:CA纳滤膜对活性染料废水的处理和回收染料效果明显。掺入活性炭填充共混的改性壳聚糖超滤膜,适当交联后对酸性红染料废水的最大脱色截留率达98.8%。冯冰凌等人采用壳聚糖超滤膜处理染料废水,脱色率超过95%,COD去除率达80%左右。吴开芬u引利用超滤法对靛蓝染料的废水进行处理,可实现染料的高浓度溶液的直接回用,透过液则可作为中性水被再循环利用。Soma等人mo利用氧化铝微滤膜,对不溶性染料废水进行过滤时的截留率高达98%。
由于膜污染、浓差极化和过快的更换频率,加之膜的价格较贵,使得膜分离技术处理染料废水的成本过高,大大限制了膜分离技术在染料废水治理行业的应用和推广。
2.1.3催化氧化法
催化氧化法是通过催化作用加快体系中氧化剂的分解,并使之与水中有机物迅速反应,在较短的时间内致使有机污染物氧化降解。针对采用高级化学氧化法和好氧生物处理法处理分散染料废水时效果不太理想这一问题,周建等人采用催化氧化法对内电解处理后不能达标的染料废水进行处理,不仅日处理蒽醌系列分散染料达2500t,还降低了内电解处理后未达标染料废水的色度和COD值,大大减少了运行费用。ArslanLt引采用Fe2+催化臭氧氧化法对分散染料废水进行处理,研究结论指出,单独采用臭氧(应用剂量为2300 mg/L)氧化法时,只在pH=3的条件下有一定的降解效果,脱色率也只有77%,COD的去除率仅为ll%;但采用Fe2+絮凝、臭氧氧化和Fe2+催化臭氧氧化相结合的方法处理时,Fe“使用剂量为0.09~18 mmol/L、染料废水pH值为3—13的范围内,脱色率达到了97%,对COD的去除率也提高到54%。
2.1.4 Fenton试剂法
以Fe3+或Fe2+为催化剂,在H202存在时产生的强氧化性,能使许多有机分子氧化,而且反应体系不需要高温高压,反应条件不苛刻,反应设备也比较简单,适用范围较广。陈文松等人利用低剂量Fenton氧化一混凝法处理模拟和实际染料废水的研究结论指出,该方法对处理同时含有亲水性和疏水性染料、成分复杂的染料废水特别适合,而且操作方便、运行成本不高。近年来一些学者把紫外光(uV)、草酸盐等也引入Fenton法中,使得Fenton法的氧化能力大大提高,处理效果也更加显著。K.Swaminathan等人心川就光助Fenton体系对偶氮染料活性橙-4进行了脱色研究,其研究结论指出,光助Fenton体系降解能力远强于一般Fenton体系。
Fenton法的不足之处在于:氧化能力相对较弱,出水因含大量铁离子而显色。近年来,铁离子的固定化技术,成为Fenton氧化法的重要方向。
2.1.5 光氧化法
光氧化法是利用光化学反应降解污染物,包括无催化剂和有催化剂参与2种,前者也称光化学氧化,后者又称光催化氧化。光降解通常是指有机物在光的作用下,逐步氧化成低分子中间产物,最终生成CO2、H20和其他一些离子,如PO43-、NO3-、Cl-等。有机物的光降解过程可分为直接光降解和间接光降解。直接光降解是指有机物分子吸收光能后进一步发生化学反应。间接光降解则是周围环境存在的某些物质吸收光能形成激发态后,再诱导有机污染物产生一系列的氧化降解反应,它在处理环境中难生物降解的有机污染物时更为有效。
2.1.6臭氧氧化法
臭氧的氧化能力极强,除分散染料外,它能够破坏有机染料的发色或助色基团而具有一定的脱色作用。H.Y.Shu等人对8种偶氮染料在单独O3,氧化和UV/O3氧化作用下的降解进行了比较,研究结果表明,可能是因为染料废水色度过深,吸收了大部分紫外光,引入UV后有机染料的降解速度并没有明显加快。史惠祥等人口刮利用臭氧降解偶氮染料阳离子红x-GRL的研究结论中指出,臭氧对染料的脱色以直接氧化为主。
由于臭氧在水中的溶解度较低,如何更有效地提高臭氧在水溶液中的溶解量,已成为研究臭氧氧化技术的热点和关键。此外,臭氧的使用会产生一些副产品,尤其要重视的是羰基化合物中的甲醛、乙醛等醛类,因这类物质具有急性和慢性毒性和一定的致癌、致畸、致突变性,容易导致二次污染,另外,臭氧发生器的成本相对较高,因此单独使用不够经济。

2.1.7 超声氧化法
随着超声化学的研究深入,超声氧化法被认为是一种清洁且具良好应用前景的方法,成为处理水污染的一项有效技术。超声波作用下产生的声空化效应形成的高温高压促使空化气泡内部的水蒸汽与其他气体发生离解产生自由基,引发超声化学反应的进行。N.Ince等人对pH和染料分子结构对超声降解效率的影响研究表明:pH对染料的降解有重要影响,降解程度随pH的减小而增加;分子质量越小,结构越简单,且具有偶氮基临位羟基取代基的染料分子越易被降解。G.Tezcanli—Gtiyer等人刚发现羟基自由基首先进攻染料的发色基团,染料的脱色过程快于芳香环的破坏过程。J.Ge等人研究也指出,引入超声能有效加快染料的降解,并提高矿化速率。
2.1.8 电化学法
电化学处理技术近年来进展很快,原基础上增加了氧化、光催化氧化或催化氧化的协同作用,微电解技术的局限性问题得到了较好地解决。周光元等人处理含盐染料废水的研究表明,处理过程中余氯的产生对脱色和去除COD起关键作用,电解l h后,脱色率可达85%,COD的去除率也达到99.8%。章婷曦等人采用内电解-催化氧化-氧化塘法处理染料废水时COD的去除率和脱色率都超过95%。祁梦兰等人采用微电解一催化氧化一飞灰吸附的组合工艺处理活性染料废水脱色率达99.9%,COD去除率在95%以上。
目前,电化学方法主要应用在去除具有生物毒性的有机污染化合物方面,这种方法最具吸引性的一大特点是能发挥电化学方法所特有的电催化性能,可以有选择性地将有机污染物降解到某一特定程度。此外,电化学方法与其他处理方法有较好的协同性,可实现联用,达到理想的处理效果。但是,利用电化学法彻底降解水中的有机污染物设备投入过高,而且需要消耗大量能源。
2.2 生物法
生物处理法是通过生物菌体的絮凝、吸附功能和生物降解作用,对染料进行分离和氧化降解。生物絮凝和生物吸附并不使染料发生化学变化。而生物降解过程则是利用微生物酶等的作用对染料分子进行氧化或还原,破坏染料的发色基团和不饱和键,并通过一系列氧化、还原、水解、化合等过程,将染料分子最终降解成为简单的无机物,或转化成各种微生物自身需要的营养物或原生质。生物处理法有好氧处理、厌氧处理和厌氧-好氧联合处理3种。
针对传统的生物处理法对纺织、染料废水中的有机染料不能起到有效的处理作用这一实际情况,一些学者近些年来着力研究开发厌氧一好氧联用技术,并取得了意想不到的效果。一些研究表明,同时应用好氧法和厌氧法,通过实现优势互补,很多好氧生物法不能氧化降解或降解程度有限的有机染料,通过厌氧法都能实现不同程度的降解。
作为实用的水污染处理技术之一,微生物处理染料废水的开发和研究已有多年的历史。微生物脱色降解机理非常复杂多样,很多降解过程和反应机制还很不清楚,有待不断探讨。
由于对各种有毒有害的、难以降解的、在环境中宿存的异生物质具有低耗、高效、广谱、适用性强的生物降解作用,以黄孢原毛平革菌为代表的白腐真菌成为治理多种污染物的有效武器,近些年来发展起来的真菌技术被很多学者称之为创新环境生物技术。可能是由于其在次生代谢阶段产生的木质素过氧化酶和锰过氧化酶的作用,许多白腐真菌对染料有广谱的脱色和降解能力。培养条件对白腐真菌脱色及降解活性有较大的影响。Conneely等人认为,白腐真菌对一些染料废水,如Rem.azol绿蓝G133、酞菁染料、Everzol绿蓝和Heli.gon蓝等生物吸附作用较强,并通过胞外酶的代谢作用使染料脱色降解。
利用微生物对染料废水进行处理的发展方向之一是选育和培养高效降解工程菌。微生物对有机染料的脱色、降解,以前多集中在兼性厌氧菌,如芽孢杆菌、假单胞菌和一些光合细菌,近年来逐渐筛选到了不少新品种。一些学者采用假单胞菌属对多种印染工业废水进行处理,研究结果表明,食油假单胞菌对其中的甲基橙、B15染料的脱色率都能达到80%以上,并且在高浓度染料环境中,食油假单胞菌表现出很强的耐受性。
20世纪80年代初,固定化微生物技术成为国内外有机工业废水处理的研究热点。这种技术是将可降解染料的微生物固定在特定载体的表面,提高微生物降解效率。用于固定化的微生物有单一和混合等多种方式。相关研究指出,混合菌脱色降解作用更好。随着固定化脱色菌载体技术的发展,脱色降解反应时问也在大大缩短。
生物强化技术是在生物处理体系中投加具有特定功能的微生物来改善原有处理体系的处理性能,用于对难降解有机物的去除。实施生物强化技术的途径主要有:投加高效降解的微生物;投加遗传工程菌(GEM);对现有处理体系的营养供给进行优化,通过添加基质或底物类似物质,来刺激微生物的生长或提高其活力。
膜生物反应器也是近些年来发展起来的一种新型污水处理技术。最早应用于发酵工业,20世纪80年代,膜生物反应器技术引起了学术界高度重视。膜技术能截流生物体,减少出水中所含的生物。通过无泡鼓气、膜生物反应器使氧的利用最大化。近年来,膜生物反应器已成功地应用于处理水道污水、粪便污水和垃圾渗滤液,并开始应用于处理染料废水。很多学者认为,含酶膜生物反应器将是未来处理染料废水的重要方向。由于膜制造费用高且易堵塞,膜生物反应器技术在水处理领域全面推广还受到了一定限制。
尽管生物法得到了很大发展,但随着染料废水的可生化度降低,受到微生物对营养物质、pH值、温度等条件有苛刻要求的限制,在实际应用处理染料废水时,生物法很难适应染料废水水质波动大、染料种类多、毒性高的实际状况。如微生物的高效化及固定化等生物强化技术。许多专家和学者都致力于高效降解菌的筛选和基因工程菌的构建等研究工作,实现利用大自然现有的丰富资源来为人类服务,但是实践表明,新开发的高效菌应用于染料废水的处理时,并不一定能够完全达到预期的强化作用。此外,微生物本身还存在着安全性问题,高效菌与基因工程菌流落到自然环境中,可能对自然环境和生态平衡造成威胁,因而,这些生物方法的应用必须事先经过严格的环境安全性检查和评估。同时,微生物对染料的降解机理以及微生物的代谢机制还需要进一步研究和探讨。

Ⅳ 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3.0×106~4.0×106t。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。
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Fenton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〔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/γ-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/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pH<3.5)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3~5之间,Fenton试剂对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OrangeⅡ,脱色率100%,TOC去除率达50%~60%。A.Durán等〔8〕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1mm~1m、频率为300~300000MHz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,较单独使用微波氧化和活性炭吸附两者时都具有明显的优越性,最优条件下色度和COD去除率分别为99.6%、96.8%。微波辐射能有效解吸活性炭表面的有机物,使活性炭再生并有利于有机物的消解和回收再利用。但是活性炭的机械强度较差,微波、高温及水力扰动都会使其结构受到破坏甚至破碎,从而影响了其催化活性和寿命。近些年来所使用的催化剂逐渐转到金属及其化合物,例如张惠灵等〔27〕用CuO/γ-Al2O3替换活性炭,效果明显,当掺杂CeO2后脱色率又提高30%,还延长了催化剂的使用寿命;洪光等〔28〕以改性氧化铝诱导微波氧化处理雅格素蓝BF-BR染料,催化活性和使用寿命均优于颗粒活性炭。
2.6超声催化氧化法
超声处理效果不受溶液色度影响,并可能实现完全褪色和100%矿化。超声空化能在液体中产生局部高温高压、高剪切力,诱使水分子及染料分子裂解产生˙OH自由基,另外溶解在溶液中的N2和O2也可以发生自由基裂解反应产生˙N和˙O自由基,进一步引发各种反应,使水中有机物矿化成无机物或转换成易生物降解的小分子化合物,还有可能促进絮凝。由于超声波产生的自由基浓度有限,能量转化率低,效果并不理想〔29〕,目前多使用催化剂〔30〕或者与其他氧化技术联用来提高效率。A.Maezawa等〔31〕发现超声提高了光催化分解酸性橙52的效率和TOC的去除率,并且不受Cl-的影响,可能是超声波增加了催化剂的表面积,提高了传质速度,同时在催化剂表面生成的H2O2有利于产生˙OH。Ki-TaekByun等〔32〕在多泡声致发光条件下30min内去除亚甲基蓝,较普通TiO2催化UV快得多,但同时证实了微气泡在崩溃瞬间发出的光对染料的氧化几乎不起作用。JianhuiSun等〔33〕研究表明超声可以显著增加低Fe2+浓度的Fenton试剂氧化酸性黑1的能力,最适条件下30min去除率达到98.83%,避免了普通Fenton含铁污泥的问题。G.Tezcanli-Güyer等〔34〕发现超声对O3和UV有催化作用,可以提高O3的传质,同时在催化剂表面生成的H2O2有利于产生˙OH,当3种方法协同作用时,酸性红7的分解速率大大提高。
符德学等〔35〕采用超声协同钛铁双阳极电解体系氧化含有碱性湖蓝5B的印染度水,集超声空化、阳极催化氧化、电生自由基氧化和电絮凝等技术于一体,COD去除率达到90.2%,脱色率达到98.3%。
3结束语
上述方法用来处理印染废水各有优劣,物理法总体上处理成本较高,其中的吸附法和膜分离技术适合于作为深度处理技术;化学氧化处理效率高、二次污染较少,越来越受到青睐,但直接用于生产则费用昂贵,这限制了这些高效技术的实际应用。比较有效的处理工艺是将化学氧化技术与生化技术结合,充分发挥各自的优势,通过物化处理减少印染废水的生物毒性,提高可生化性,再采用处理成本较低的生化法进一步处理。吸附法和膜分离技术作为出水要求严格的工艺或回用水技术较为合适。
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