化工染料废水处理技术浅析

Posted 2023-01-12 水处理

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化工染料废水成分复杂，色度高，大多数都具有生物毒性和致癌致畸性，而且化学结构稳定，在自然环境中极难降解，是难处理的工业废水之一。文中综述染料废水的特点、危害及污染现状，并对化工染料废水的处理技术进行分析以及对中国化工厂印染废水处理的发展前景做了展望。
染料是指在一定的介质中能使纤维或其他物质牢固着色的一种化合物。伴随染料化工的发展，目前染料数量已达数万种，各国经常生产的染料在两千种左右。染料产品生产工艺复杂，在磺化、硝化、重氮化、还原、氧化以及酸(盐)析等各个工序中都会产生大量的废气、废水和废渣。其中，染料废水主要来源于各种产品及其中间体结晶的母液、生产过程中流失的物料、各个生产阶段的冲洗废水以及设备清洗和冲刷地面产生的废水等。由于染料废水水量大，具有色度高、有机物浓度高且成分复杂、含盐量高、水质水量变化大、毒性大等特点，排入天然水体的染料废水中含有大量未反应的原料中间体、副产物和残余染料，不仅会消耗水中的溶解氧，使水生生物大量死亡，一些苯胺、偶氮类的染料还具有强致癌性，排放到环境中对人类和其他生物的健康构成极大的威胁，因此染料废水的治理被列为环境保护的重要工作。
结合废水的危害及特点，现阶段染料废水处理方法主要有物理法、化学法、生物法以及其他组合工艺等。
1.物理法
染料废水处理中常用的物理法主要包括吸附、萃取、混凝沉淀、结晶、膜分离、离子交换、超声波等，目前研究较多的方法有吸附法、膜分离法和萃取法。
1.1 物理吸附法
在物理方法中应用最广泛的就是吸附法，吸附法是利用吸附剂的表面活性，将污染物富集在其表面从而达到去除的目的，主要用于废水的预处理或深度处理。吸附剂的选择在染料废水处理过程中至关重要，常用的吸附剂包括活性碳、硅藻土、工业炉渣、粉煤灰、高岭土、纤维素、大孔吸附树脂等，其中最常用的是活性碳和大孔吸附树脂。
1.2 膜分离法
膜分离技术是一种利用膜的选择透过性将废水中的物质分离出来的方法，具有分离效率高、操作简单、出水水质好等优点。膜技术在染料废水处理方面的应用主要有超滤、纳滤和反渗透。膜技术在染料废水处理领域的应用已取得了一些阶段性成果，但是由于染料品种繁多，染料的分子结构不同且性能各异，难以得到统一的工艺流程或选用同一种膜进行分离操作，因此还需要进行系统的研究和探索。
1.3 萃取技术
萃取技术是指利用这种技术主要是通过萃取剂和污染物分子络合，染料废水在不同介质中被吸附的能力差将其提纯，水中的污染物在载体的作用下透过很薄的膜层进入萃取内达到净化废水的效果。
2 .化学法
化学法是通过使用化学药剂或化学手段，对废水进行处理的一种方法。废水处理中常用的化学方法有中和、混凝、电解、氧化还原等。
1.4 混凝法
混凝法是迄今为止染料废水处理常用方法中工艺比较成熟、处理效果比较稳定的方法之一。混凝法主要通过压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥以及沉淀物网捕的作用对不易沉降的染料分子和各种杂质进行吸附、气浮或聚沉。常用的混凝剂可分为无机混凝剂和有机混凝剂两大类。
混凝法处理染料废水具有投资少、处理量大、流程简单、适应性强、操作管理方便等优点，但是污泥产量大，污泥后期处理和处置较为麻烦。
1.5 氧化法
氧化法也是染料废水处理的常用方法。该方法通过向染料废水中添加氧化剂，使染料分子的不饱和键断开，形成分子量较小的有机物或无机物，从而使染料在较短时间内失去发色能力或彻底降解，效果显著。常用的氧化剂有高锰酸钾、臭氧、双氧水、次氯酸、Fenton 试剂等。根据氧化剂和催化剂的不同，氧化法可分为氯氧化法、臭氧催化氧化法、Fenton 试剂氧化法、光催化氧化法以及高温深度氧化法，其中应用最为广泛的为Fenton 试剂氧化法。
1.6 电化学法
电化学法是通过电极反应使染料废水得到净化的方法，根据不同的原理可分为电絮凝法、电气浮法、电氧化法和内电解法，一般在废水处理过程中电絮凝、电气浮和电氧化过程往往同时进行。目前，电化学方法在染料废水处理领域研究最多的主要有电絮凝法和内电解法。
电化学法具有设备小、操作简单、CODCr去除率高和脱色好等优点，但是污泥量和能耗较大、电极消耗快、运行费用较高等不足限制了它的大规模应用。因此，进一步提高电极材料的催化性能，提高电流效率，减小电极极化以降低能耗是电化学发展的主要方向。
3.生物法
生物处理方法是通过生物菌体的絮凝、吸附或降解功能，对染料进行降解或分离，生物絮凝和生物吸附不涉及染料分子的化学变化，而生物降解则是通过微生物的相关酶系对染料分子进行氧化或还原，破坏其发色基团或不饱和键，通过一系列的反应，使染料分子最终降解为无机物或成为微生物自身需要的营养物。
传统生物处理法分为好氧法、厌氧法及兼氧法。好氧法是常见的处理工艺，但由于染料分子的抗生物降解性强，可生化能力差，致使普通的好氧工艺对废水色度、CODCr去除率不高，并且好氧处理能耗高、污泥产量大，给后续处理带来不便。厌氧法适用于各种浓度的有机废水，具能耗低、污泥量少等优点，但是厌氧停留时间长、造价较高，而且经常伴有腐臭味，一般用于有机污泥或浓度特高的废水处理。
目前来说，单独运用一种方法处理染料废水效果不理想，难以达到排放标准，工程上一般采用厌氧和好氧相结合的方法来进行染料废水的处理。生物处理方法由于处理费用低、无二次污染、环境友好、操作简单等优点而受到广泛的关注和研究。
4.生物化学联合法
由于染料废水的可生化性差，单纯的生物处理工艺难以达到排放标准，并且染料废水除了脱色外，还需要满足包括SS、CODCr、BOD5等多项指标要求，因此必须采用联合方法进行处理。目前国内外染料废水处理工业上一般采用化学- 生化多级处理方法，比较常用的是混凝- 生物法、臭氧- 生物法、芬顿氧化- 生物法等。
5 .展望
染料废水作为难处理的主要工业废水之一，目前国内外对染料废水处理技术进行了广泛的研究，但是由于染料废水处理难度较大，治理上仍然存在许多问题。传统的染料废水处理方法，如吸附、混凝，通常只是单纯的将有机物从液相转移到固相或气相，不仅没有完全消除有机污染物和消耗化学药剂，而且造成废物堆积和二次污染；生物法只能除去印染废水中的BOD，对于COD 特别是有毒难降解有机物和色度的去除效果不明显。单一的处理方法已不能满足当前印染废水发展的要求，采用科学合理的方法对染料废水处理技术进行研究和改进，运用多种处理技术联合应用及高效微生物强化技术的研究将是今后印染废水净化处理技术的重要方向。
改善印染废水处理现状，一方面要从源头抓起，尽可能降低污染物产生量，降低污染负荷，另一方面需加大投资力度，积极采用科学先进的治理技术，提高末端治理水平。切实解决染料废水治理问题，对我国环境保护和国家经济发展具有重要意义。