摘要:印染废水具有水量大、有机污染物含量高、碱性大、水质变化大等特点,属难处理的工业废水之一。目前,用于印染废水处理的主要方法有物化法、生化法、化学法以及几种工艺结合,各种处理方法对污染物去除效率及脱色差别较大,而印染废水处理的最大难点就是脱色处理。本文系统介绍了印染废水的各种主要处理技术,评释了它们各自的特点和存在问题,并展望了印染废水处理技术的应用前景。
关键词:印染废水;废水处理;去除;脱色
纺织印染废水具有水量大、有机污染物含量高、碱性大、水质变化大等特点,属难处理的工业废水之一,废水中含有染料、浆料、助剂、油剂、酸碱、纤维杂质、砂类物质、无机盐等。在染整工艺中,由于对织物的色彩要求变化很大,为赋予织物各种丰富的色泽,往往需要多种染料和染色助剂,这些染色剂或多或少都会残留在废水中,从而构成了废水中有机污染物的主体部分,并使废水带色。由于生产品种不断变化,导致染色废水也频繁地发生改变,因此印染废水的治理方法不是一成不变的,进而形成多种多样的处理工艺。
概括起来说,目前印染废水的处理方式主要有两种路径:一种是将印染废水与生活污水混合处理,企业只需对印染废水进行简单的预处理,就可将其排往中央处理系统;另一种方法是对印染废水进行单独的深度处理[1]。国外主要通过第一种方式集中处理,我国仍以后一种处理方式居多,所采用的治理方法主要包括生物化学处理法和物理化学处理法。根据水质状况的不同,采用的治理方法侧重点和相互组合的方式也不尽相同,通常为生物降解法、化学氧化法、絮凝法、离子交换法、活性碳脱色法、膜分离法、电渗析法、吸附法、臭氧脱色法及电化学法等。在众多的处理方法中,如何选择适宜的处理工艺,做到既经济合理,减少运行成本,又能有效去除污水中的各种有机、无机污染物,降低色度,是工程设计中的关键。为了对印染废水处理工艺有一个更深入的了解,本文就几种主要的污水处理形式在印染废水综合处理中的应用作一简要介绍,并就其优缺点进行评释和展望。
1 吸附法
吸附法是一种应用极为广泛的废水处理方法。该方法是利用具有吸附性能的吸附剂,如活性炭、分子筛、粘土等粉末或颗粒状多孔物质对废水中的色素、染料及其他有害成分进行吸附去除。吸附技术是依靠吸附剂的吸附作用来脱除有机物分子的,常用的吸附剂包括活性炭、焦炭、活性粘土、离子交换纤维、膨润土、硅藻土、煤渣、粉煤灰、木炭、木锯屑等等,这些吸附剂的吸附脱色机理都是基于物理吸附作用。
近年来,吸附法对印染废水的脱色处理有了很大进展。有研究者利用某些集吸附与絮凝功能为一体的吸附剂,如硅藻土经酸化、热活化即可制备兼有吸附絮凝两种功能的硅藻土复合净水剂,其对印染废水处理脱色效果很好[2]。粉煤灰经化学改性活化后,生成兼有絮凝性能的改性粉煤灰,不但对疏水性染料废水脱色率很高,对亲水性染料也有一定的脱色率[3]。杭瑚等用膨润土吸附多种有机染料的试验表明[4],复合膨润土对阳离子染料的吸附脱色性能最好,以质量分数为0.01%的膨润土加0.005%的聚合氯化铝(PAC),可使阳离子染料为主的印染污水脱色率达到94~100%。活性炭对分子量小的染料分子脱色效果较好,对大分子量或疏水性染料的脱色效果较差。当然,活性炭的处理效果虽然很好,但价格高,再生较困难,综合处理费用偏大,实际废水处理工程中很少采用。
2 絮凝法
絮凝法可以说是废水处理中应用得最多、最普遍的一项技术。该技术通过在废水中投加一定量絮凝剂,然后采用混合、反应、沉淀工艺,使废水得到净化。絮凝法处理技术,投资费用低,设备简单、占地少,处理量大,是一种被普遍采用的水处理技术[5]。采用絮凝法除了能去除废水中的各种有机、无机污染物,对印染废水还有很好的脱色效果。如何选择高效絮凝剂和有效的絮凝工艺,则是该技术取得满意效果的关键。絮凝处理法的理论基础是胶体聚沉的DLVO理论,当前主要的絮凝方法包括无机低分子(硫酸铝、三氯化铁等普通电解质)絮凝、无机高分子(聚合硫酸铁、聚合氯化铝等)絮凝和有机高分子(聚胺、聚铵盐等)絮凝。
3 氧化法
氧化法对有机污染物的去除十分有效。由于印染废水属于最难处理的工业废水之一,其中的染料分子十分稳定,破坏染料分子比较有效的氧化处理法是高级氧化技术,包括Fenton试剂氧化法、光化学氧化法、超声波法和超临界水氧化法等。
3.1 Fenton试剂氧化法
Fenton试剂的氧化机理在于处理过程中产生的羟基自由基(OH),该自由基具有极强的氧化能力,能把废水中的染料分子氧化分解,从而达到脱色的目的。为了提高氧化效果,应尽可能提高羟基自由基(OH)的产生量,这就需要在实际水处理工作中避免FeSO4·7H2O(催化剂)过量,因为过量的FeSO4·7H2O会消耗H2O2,同时注意调节废水的pH值以使反应系统处于最佳pH值范围(pH = 3~5)[6]。
3.2 光化学氧化法
光化学氧化法是近二十年来才进行研究的新型水处理技术。根据反应机理的不同,可分为光分解、光敏化氧化、光激发氧化和光催化氧化。
光分解又称光氧化。其基本原理是反应物分子吸收光子后进入激发态,激发态分子通过化学反应消耗能量返回基态。吸收光子获得能量使分子的化学键断裂,生成相应的游离基或离子。这些游离基或离子易与溶解氧或水分子反应生成新的游离基或离子,如此循环往复直到反应物完全降解。
光敏化氧化是将对光能有强吸收的敏化剂(如染料、腐殖质等)加入到反应溶液中,敏化剂吸收光能后进入激发态,激发态敏化剂再与溶解氧或底物反应,产生氧化性很强的超氧负离子或单线态氧,利用超氧负离子或单线态氧将同时接受到敏化剂能量而受到激发的有机物氧化,并最终导致底物被彻底氧化、分解。这些敏化剂只是起到光子能量传递给反应物的作用。
光激发氧化是将紫外光辐射和氧化剂相结合的一种方法,常用的氧化剂有O3、H2O2、O2等。其基本原理是在紫外光(UV)的辐照下,氧化剂光分解产生氧化性极强的自由基如·OH、O2H–等,同时紫外光的作用也使有机物的分子得到活化,从而显著地降低了有机物氧化降解的活化能,使有机物迅速分解。
光催化氧化是以N型半导体(如TiO2)为敏化剂的特殊的光敏化氧化。因半导体在反应前后化学性质不变,具有类似于催化剂一样的特性,故称为光催化氧化。N型半导体在一定波长的入射光照射下被激发,其满带和导带上分别产生空穴和自由电子。光生空穴有很强的得电子能力,可夺取半导体颗粒表面上有机物或溶剂中的电子,使之被活化。光催化氧化具有非选择性氧化各类有机物并使之矿化、可以用太阳能代替UV光源、清洁而经济、设备简单等优点,是一项很有前途的水处理技术。孙尚梅等采用TiO2光催化氧化法处理毛纺染整废水结果表明,处理效果优于生物法[7]。程沧沧等对可溶性的染料酸性玫瑰红B和晒化绿B进行光催化降解研究,结果表明,在实验条件下,其降解率分别为92.4%和91.3%[8]。TiO2光催化氧化法在pH为3~11时,使染料水溶液产生原子氧和羟基自由基,具有很好的脱色效果,如亚甲基蓝溶液的光催化脱色及降解[9]。有作者用铁-草酸、铁-柠檬酸、铁-丁二酸络合物作催化剂,在紫外光照射下进行印染废水脱色实验,pH为2~4时,铁-羧酸配合物生成烷基、羟基等多种自由基使印染废水氧化脱色[10]。铁-草酸盐络合物可用于光解活性艳红X-3B,其光解机制和应用也已作了充分论述[11]。国外有利用紫外线来强化O3的脱色效果,提高了重氮染料的脱色效果[12]。