工業染料廢水處理工藝研究綜述

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摘要：染料廢水成分復雜，色度深，COD含量高，是最難處理的工業廢水之一，因此人們要合理選擇染料廢水處理方法。目前，物理法、化學法和生物法是常用的三種基本工業染料廢水處理方法。本文綜述了工業染料廢水處理工藝的研究進展，分析了染料廢水處理問題，展望了工業染料廢水處理工藝的未來發展趨勢。

關鍵詞：染料廢水；物理法；化學法；生物法

隨著社會的進步，人們的生活更加豐富多彩，染料工業也得到了發展，我國已成為印染業第一大國，每年染料產量為20～25萬t。染料廢水具有成分復雜、色澤深、毒性大、酸堿性強、含鹽量高等特點[1]，如果不經處理直接排放到水體中，會造成相當大的污染。由于染料廢水成分復雜且含量高，處理難度非常大，除了少數的大型染料生產企業對廢水采用多級處理外，大部分企業只對廢水進行一級處理，甚至不經處理直接排放。染料廢水的直接排放不僅會對生物的生命活動造成影響，還會嚴重影響人體健康和正常生活，更會對生態環境造成不可彌補的損失[2]。目前，廣泛使用的染料廢水處理方法主要有物理法、化學法和生物法三種[3-4]。

1物理法

1.1膜分離

膜分離以選擇性透過膜作為分離介質，在某種推動力作用下，選擇性透過某些物質，并在溶液中留下其他組分，以達到分離提純的效果[5-6]。這種方法的優點是處理方法簡單，能耗低，無二次污染，處理后的水可以回收二次利用。劉恩華等[7]等利用管式超濾和納濾技術處理分散染料廢水，可以有效截留廢水中的分散染料顆粒，每噸廢水可回收分散染料10kg以上。

1.2吸附法

吸附法是指用吸附劑將水體污染物中的一種或多種組分聚集，使其凝縮在表面進而達到分離的目的。吸附法的應用范圍廣、吸附效率高、方法簡單易行[8-9]。吸附劑一般為多孔固體，例如，活性炭和離子交換樹脂等就經常作為吸附劑處理污水[10]。如今，生物炭作為一種價格便宜、來源廣泛、易獲得的吸附劑得到了廣泛應用。它的物理性質和化學性質穩定，含碳量非常高，具有較大的孔隙且比表面積大，因此吸附性能很好[11-12]。Ghaedi等[13]將鎘碲化物納米顆粒負載于活性炭上，對晚霞黃染料進行吸附試驗，結果表明，該吸附劑可以有效吸附晚霞黃染料，吸附效率超過97%。

1.3磁化分離

磁化分離是在磁場力的作用下，根據污染物的磁性不同進行分離的一種方法。磁化分離技術主要去除的污染物為懸浮固體及總磷，對COD也有一定的去除效果，還可降低色度，控制排入水體的污染負荷。這種方法設備簡單，價格低廉，便于維護，在處理低濃度染料廢水時，具有效果好且速率快的優點[14]。馬鋒鋒等[15]等利用磁化生物炭處理染料中的對硝基苯酚，在外加磁場下，能快速將固液進行分離，經再生后，磁化生物炭有良好的循環再生性。

2化學法

2.1高級氧化法

近年來，高級氧化法成為處理染料廢水的新興技術，該技術在處理過程中利用強氧化性的羥基自由基，將結構穩定難處理的有機分子轉化為無毒無害的、可生物降解的低分子物質，以便更好地去除[16]。施銀桃等[17]采用臭氧氧化法處理活性艷紅K-2BP和分散蘭2BLN染料水溶液，結果發現，pH對處理效果影響較大，堿性條件有利于有機物的礦化。李甲亮等[18]采用Fenton氧化正交試驗法對活性紅、藍、黑3種單體活性染料配制的模擬廢水和實際印染廢水進行了脫色和去除COD的研究。結果表明，Fenton法對印染廢水色度有90%以上的脫色效果；在廢水有效脫色的同時，還能使實際印染廢水COD去除率達91.88%，降解效果明顯。

2.2化學混凝法

化學混凝法是指在被污染的水中加入混凝劑，使污染物凝聚形成膠粒，再通過混凝沉淀或氣浮的方法來去除污染物[19]。其中，混凝劑在處理過程中起決定性作用，混凝劑分為無機混凝劑和有機高分子混凝劑。目前使用最多的無機混凝劑是鋁鹽和鐵鹽，如硫酸鋁和三氯化鐵。混凝法處理效果好，使用方便，價格低廉，貨源充足，對人體健康無害。劉歆等[20]將脫色劑和助凝劑引入利用化學絮凝法的處理體系中，三者共同作用，顯著提高了廢水的處理效果，絮凝效果好，明顯降低了廢水的色度和COD。

2.3電化學氧化法

電化學氧化法處理染料廢水，通過添加少量或不添加化學試劑，在電極材料的作用下，通過利用電解氧化、電解還原等方法，產生羥基自由基等活性基團，破壞染料分子的結構，降低水中污染物的濃度，實現染料的脫色[21-22]。電化學氧化法降解后的產物一般沒有毒性，不污染環境，綠色環保，操作簡便，脫色效果好，反應條件簡單易于控制，受到廣泛關注。楊振北等[23]采用動態電化學氧化方法，通過調整氯化鈉用量，實時在線測定了模擬酸性大紅GR染料廢水原水和出水的pH、電導率以及電流，并離線測定了出水的脫色率與COD。

3生物法

生物法處理染料廢水是指生物菌體對染料進行絮凝、吸附和降解，將染料從廢水中分離或將其轉化為中間產物或簡單無機物。生物法主要分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩種。好氧微生物的特點是易培養、繁殖快，能耗少，價格低廉。但是，染料廢水濃度高、水質復雜，好氧生物處理法可能會出現效果不穩定、處理時間長、抗沖擊能力差的缺點。厭氧生物處理是指在無氧的條件下，通過厭氧菌和兼性厭氧菌將有機大分子污染物降解為無機物，如二氧化碳和甲烷[24]。Isik等[25]利用連續流式厭氧-好氧反應器對模擬染料廢水進行處理，處理后COD去除率為91%～97%，色度去除率為84%～91%。

4結論

物理法、化學法和生物法能有效降低染料廢水的濃度，但也有各自的優缺點。物理法只是將污染物進行簡單的轉移，不能將污染物徹底清除，只適用于預處理和深度處理階段。電化學法設備小、占地少、運行管理簡單，但對COD含量高、色度深的廢水處理效果不好；生物法能提高生化性，運行費用低，可去除部分有機物，但反應速度慢，水質不穩定。因此，染料廢水的處理還有許多困難亟待解決。隨著染料行業的不斷壯大，新型染料大量涌現，處理染料廢水的難度也越來越大，能耗低、效果好、適用范圍廣、綠色環保、經濟節約的處理方法將成為研究的重點。工藝的聯合使用將成為主要研究方向，尤其是生物化學和物理化學相結合的方法；根據不同染料廢水的水質和污染物，選擇更適合的工藝，確定合適的運行參數；多利用自然界的可再生資源對染料廢水進行處理，不僅大大節約經濟成本，還能提高廢水處理效率；染料的清潔生產也具有良好的發展前景，要想從根本上解決問題，必須從源頭抓起，減少廢水排放量，調整產業結構，采用更為環保經濟的生產技術。

作者：國泛函 單位：中鐵第五勘察設計院集團有限公司