染料废水处理方法的研究进展

染料废水处理方法的研究进展刘冬莲(唐山师范学院化学系,河北唐山　063000)摘　要:综述了含染料废水处理方法的现状和进展,尤其是在化学法、生化法以及物理化学法中的新技术,其中包括膜、超声波、等离子体、超临界水氧化法(SCWO)、光催化氧化法、电化学氧化法等方法的研究现状,并对各种方法和技术进行了评价和分析。

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:1003-3467(2004)12-0005-03R esearch Progress on Treatment Methods of Waste Water Containing DyestuffsL IU Dong-lian(Department of Chemistry,Tangshan Normal College,Tangshan　063000,China) Abstract:The present status and progress of treatment methods of waste water containing dyestuffs are reviewed.The recent development of advanced techniques such as membrane,ultrasonic wave,super2 critical water oxidation process(SCWO),plasma,photochemical degradation and electrochemical oxi2 dation,are introduced and analyzed.K ey w ords:dyestuff waste water;waste water treatment 随着染料与印染工业的发展,其生产废水已成为当前最重要的水体污染源之一。

这类废水具有颜色深,COD、BOD值较高,组成复杂多变,排放量大,分布面广,难降解等特点,若不经处理,直接排放将给生态环境带来严重危害。

本文在查阅国内外文献资料的基础上介绍了化学法、生化法及物理化学法中处理含染料废水的新技术和新方法。

1　物理化学法1.1　吸附法在物理化学法中应用最多的是吸附法。

吸附法是利用吸附剂表面的活性,将分子态的污染物浓集于其表面而达到去除目的,目前主要采用活性炭吸附法。

近年来,活性炭纤维用于对废水中染料的吸附研究取得了一定成果。

ClO2氧化与活性炭吸附相结合处理印染废水,与单独用ClO2氧化或活性炭吸附处理相比,COD去除率和脱色率均有较大提高。

粉煤灰由于来源广泛,价格低廉,因而在印染废水处理方面有较大的潜力。

阎存仙[1]研究了粉煤灰对活性染料、酸性染料、阳离子染料等废水的吸附脱色能力。

Qodah[2]采用页岩油灰处理活性染料废水,效果良好。

吸附法处理染料废水具有投资少、周期短等特点,适用于规模较小的企业,但应对吸附染料后的吸附剂再生及废吸附剂的后处理引起重视,以减少二次污染。

1.2　膜分离技术膜分离技术用于印染废水处理具有能耗低、工艺简单、不污染环境等特点。

冯冰凌等[3]采用壳聚糖超滤膜处理印染废水,COD去除率可达80%左右,脱色率超过95%。

吴开芬[4]则利用超滤法处理含靛蓝废水,可使染料的浓溶液直接回用,透过液可作为中性水再利用。

郭明远等[5]自制了醋酸纤维素(CA)纳滤膜,结果表明,CA纳滤膜可用于活性染料印染废水的处理和染料回收。

活性炭填充共混的改性壳聚糖超滤膜,经适当交联后用于酸性红染料废水的分离脱色,最大脱色截留率达98.8%[6]。

Soma等[7]采用氧化铝微滤膜,对不溶性染料废水,膜的截留率高达98%。

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。

收稿日期:2004-06-08 作者简介:刘冬莲(1971-),女,讲师,从事分析化学的教学和科研工作,电话:013522168397。

1.3　萃取技术萃取技术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。

实验证明,电泳萃取技术是一种很好的染料回收技术。

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。

2　化学法2.1　混凝法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。

2.2　Fenton法用Fenton试剂对含染料废水进行混凝前的预处理,脱色率可达96.77%,而直接混凝法脱色率仅为10%～30%。

随着人们对Fenton工艺研究的深入,近年来又把紫外光(UV)、草酸盐引入Fenton工艺中,使Fenton工艺的氧化能力大大增强。

Pigllatello[8]研究表明,当用少量紫外光的可见光照射时降解作用明显增强,降解时间缩短。

Fenton试剂作为一种强氧化剂处理水中有机污染物反应条件温和,设备简单,但处理成本高。

在处理毒性大、一般氧化剂难氧化或生物难降解的有机废水方面,与其他方法如与混凝沉降法、活性炭法、生物法等联用,可降低处理成本,拓宽Fenton试剂的应用范围。

2.3　光催化氧化法光催化氧化法具有明显的节能高效、污染物降解彻底等特点,常用的催化剂有二氧化钛、过氧化氢、草酸铁等无机试剂。

以载铂二氧化钛半导体为催化剂,对3B艳红的光催化降解研究表明,过氧化氢对3B艳红的载铂二氧化钛光催化降解具有明显的助催化作用,脱色率和COD去除率分别为97.9%和92.3%[9]。

Fe3+及其络合物在近紫外及可见光区有强的配体,能催化或充当光化学反应的媒介,紫外光照射下草酸铁/过氧化氢复合体系对染料活性艳红X-3B水溶液脱色和降低COD有明显效果,处理24min后,脱色率达90%以上,COD去除率为33%～70%[10]。

利用太阳能进行光催化氧化有机染料技术,在节约能源、维持生态平衡、实现可持续发展等方面具有突出的优点。

程沧沧等[11]采用TiO2-Fe3+体系,太阳光照射0.5h,浓度25mg/L,直接耐酸大红4BS染料分子降解率达85%。

在探索光催化技术的过程中,光催化还出现了一个新的发展方向———电化学辅助光催化降解技术即光电催化。

利用光透电极和纳米结构TiO2作为工作电极和光催化剂,采用光电催化法对水中染料进行电解,发现光电催化降解对三种染料———品红、铬蓝K、铬黑T 溶液的降解效果最好[12]。

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,但该领域的研究还存在诸多问题,如寻求更高效的催化剂,反应机理和动力学尚需进一步研究,催化剂的分离与回收,低能高效的能源等。

以上问题的解决,将会推动染料废水处理的光催化降解技术的工业化进程。

2.4　电化学氧化法近年来电化学水处理技术得到了改进,在传统电化学法的基础上增加了氧化、催化氧化或光催化氧化作用,有效地突破了微电解技术的局限。

王慧等[13]采用电化学法处理含盐染料废水,研究发现,电解过程中余氯的产生对色度和COD的去除有决定性作用,电解60min,色度和COD的去除率分别可达85%和99.8%。

利用活性炭和氢氧化铁组成的复合催化剂,采用电催化法对染料废水进行处理,结果表明,在电压10V、电流0.1A、电解时间1.5h 条件下,COD去除率达87.5%～90%,脱色率达99%～100%[14]。

章婷曦等[15]采用内电解—催化氧化—氧化塘法处理染料废水,COD和色度的去除率都在95%以上。

祁梦兰等[16]采用微电解—催化氧化—飞灰吸附组合工艺处理活性染料生产废水, COD去除率达95%以上,脱色率达99.9%。

电催化氧化技术走向实用化的关键是研究出具有高效催化性能的电极材料,提高电极材料的催化性能,提高电流效率、弱电极极化以降低能耗是今后的主攻方向。

将电催化氧化与脉冲电源结合起来,改变电极结构,达到提高处理效果和节能的目的,将是电催化氧化投入工业应用的努力方向。

2.5　超声波降解技术超声波是指频率高于20kHz的声波,当一定强度的超声波通过媒体时,会产生一系列的物理化学效应。

超声波降解水体中有机污染物是一种新型水处理技术,简便、有效。

祁梦兰等[17]采用声化学氧化法对靛蓝染料废水做预处理,可使生物难降解的染料废水可生化性BOD/COD值由0.21～0.23提高到0.44～0.51。

刘静[18]用超声波—电解法处理活性紫染料废水研究表明,超声波与微电场的协同作用可大大提高水的脱色率。

在最佳工艺下,废水经超声波—电解处理60min,色度去除率可以达到99.69%。

将超声波应用到二氧化钛光催化降解酸性粒子元青染料反应中,在相同反应时间内降解率为78.5%,而二氧化钛光催化降解率为65.0%[19]。

王晓宇等[20]采用超声波与紫外光协同氧化法处理酸性红B染料废水60min后,脱色率可达99.1%。

3　生化法生化法运行成本低,在染料废水处理中应用较广泛,近年来人们对厌氧—好氧、深层曝气、纯氧曝气、生物氧化沟、UASB等生化处理方式进行了广泛的研究,并将该技术应用于工程中。

如肖雨堂等[21]将好氧处理中的原曝气池改为生物铁屑反应池,从而使COD去除率由原来的20%～30%上升到90%,色度去除率由原来的15%～25%提高到90%以上。

选育和培育出各种优良脱色菌株或菌群是生化法的一个重要发展方向。

Shah等[22]用筛选到的海洋藻青菌处理酸性红119、直接黑155时,去除率达到90%。

生化法去除染料废水时,微生物对营养物质、p H值、温度等条件有一定要求,难以适应染料废水水质波动大、染料种类多、毒性高的特点。

4　其他方法在难降解染料废水处理方面,超临界水氧化技术(SCWO)、低温等离子体化学法也是目前研究较为活跃的新技术。

此外,国外对臭氧—生化法、湿式空气氧化法、臭氧—紫外法、射线辐射法均有相当进展,其中射线辐射法可加强后续混凝处理效果,大大提高对阳离子染料的去除效率。

5　结论目前,含有机染料废水的处理方法较多,在实践中应根据具体条件和要求,合理组合工艺,使处理效率不断提高,并有效降低处理成本;在新技术研究方面,需开发高效、低毒、低能耗、不造成二次污染的水处理技术,特别是光、声、电、磁、无毒药剂氧化、生物氧化等各种手段联用的新型绿色水处理技术。

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