染料廢水處理技術(shù)研究

程金蘋 李佳鈺 李平

摘要：染料廢水是較難處理的工業(yè)廢水之一，本文對染料廢水的處理技術(shù)進行了分析，總結(jié)了染料廢水不同處理技術(shù)的特點，并對染料廢水處理的研究趨勢進行了展望。

關(guān)鍵詞：染料廢水;處理技術(shù);應用前景

中圖分類號：X791 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）03-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.056

The study of dye wastewater treatment technology

Cheng Jinping，Li Jiayu，Li Ping

（Shanghai Environmental Design and Research Institute Co.，Ltd.，Shanghai 200072，China）

Abstract：Dye wastewater is one of the industrial wastewater which is difficult to be treated. This paper analyzes the treatment technology of dye wastewater.The characteristics of different treatment technologies of dye wastewater were summarized， and the research trend of dye wastewater treatment was prospected.

Key words：Treatment technology;Dye wastewater;Application prospect

染料的使用使我們的生活絢麗多彩，但我們無法避免染料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工藝廢水——母液水和漂洗水。由于染料廢水高色度、高COD、化學性質(zhì)穩(wěn)定很難被生物降解等特點，未達標排放的染料廢水進入生態(tài)系統(tǒng)后，會影響水體和土壤中的生物，對人類的健康造成危害、破壞生態(tài)平衡?，F(xiàn)階段常用的染料廢水處理方法有物理法、化學法、生物法。

1 物理處理法

1.1 吸附法

吸附法在染料廢水處理中較為常見，主要是利用吸附材料巨大的比表面積吸附污染物，從而達到水質(zhì)凈化的目的。常用的吸附劑主要有沸石、分子篩、活性炭、硅膠、腐殖酸類吸附劑等，吸附法的優(yōu)點是可以快速且高效率去除水中的染料分子，但是僅僅是對水中染料分子進行了簡單的轉(zhuǎn)移，并不能降解染料分子使之真正的去除。同時，吸附材料吸附飽和后，吸附材料的再生問題并不能得到很好的解決，因此，更多的研究轉(zhuǎn)向新型吸附材料的研發(fā)。徐麗琴[1]制備了一種多孔的生物材料，通過實驗研究了該材料對染料廢水的吸附性能，在溫度為30℃時，在40mg/L中性紅染料中投加1g/L的多孔生物材料，其去除率達到了98%，且再生5次后，去除率幾乎保持不變。許倩倩[2]利用鐵有機骨架材料吸附偶氮型陰離子染料，實驗結(jié)果表明，在酸性條件下，鐵有機骨架材料對染料脫色的效率更好，同時，染料初始濃度增大時，對陰離子染料的吸附效果也增加。新型吸附材料還在不斷的研究，若能很好的解決材料再生的問題，吸附法的應用前景會更加的廣闊。

1.2 氣浮法

氣浮法是利用設備產(chǎn)生高度分散的微小氣泡，水中的污染物將微小氣泡作為載體，污染物負載在氣泡上隨著浮力上升到液體表面，再由刮渣設備將水面的泡沫刮除，從而達到去除污染物凈化水質(zhì)的目的。Horng和Huang[3]利用氣浮法從染料廢水中分離出來直接藍染料。卑蕾蕾[4]利用自制的電解裝置，采用電凝聚-氣浮法處理活性藍RBu17和活性綠GR19染料廢水，通過實驗，當電解質(zhì)濃度2g/L、pH<7、染料廢水的濃度<300mg/L時，活性藍RBu17和活性綠GR19染料廢水的脫色率均達到90%，該方法對染料的脫色有著較為明顯的效果，但電解氣浮法的電耗高，操作運行管理復雜，且電極易結(jié)垢，很難用于大型生產(chǎn)。

1.3 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)在廢水的深度處理中較為常見，主要是利用膜對染料污水中不同物質(zhì)的選擇透過性來分離污染物。馮冰凌[5]選擇殼聚糖超濾膜對染料廢水進行處理，脫色效率和COD的去除效率分別達到了可以達到了95%和80%。也有研究人員利用活性炭填充的改性殼聚糖超濾膜處理酸性染料，該膜材料對酸性染料的分離和脫色都有較好的效果。張蕓[6]通過組合膜分離技術(shù)處理還原性染料廢水和活性染料廢水，結(jié)果表明，采用超濾系統(tǒng)處理的還原染料廢水的膜出水水質(zhì)可以滿足污水廠內(nèi)回用水水質(zhì)的要求，采用納濾濃縮活性染料廢水可以較好的回收染料。同時采用雙膜膜分離系統(tǒng)處理還原性染料廢水后，其COD和色度去除率分別達到95.21%和100%，處理活性染料后，其COD和色度去除率也達到了82.85%和99.43%。膜的選擇性好、適應能力強，但是投資高，且在一定的壓力下，膜易出現(xiàn)栓塞和斷絲的問題，因此在利用膜分離技術(shù)處理廢水時，必須對膜進行定期維護修理，膜分離技術(shù)的成本也因此升高。

2 化學處理法

2.1 化學混凝法

化學混凝法是通過投加混凝劑與染料廢水發(fā)生化學反應使污染物去除、水質(zhì)凈化的方法。混凝法的操作簡單、占地面積小、處理量大且可有效降低廢水的COD、色度和SS等優(yōu)點，在染料廢水處理過程中使用較為頻繁。但對于不同的染料，它的處理效果也并不相同，它對硫化染料和分散染料有很好的去除效果，對酸性染料、活性染料、直接染料和還原染料的去除效果較差。混凝的效果除了受到染料不同的影響，也會受到外界溫度、pH等因素的影響，此外，混凝過程中會產(chǎn)生污泥，實際應用考慮到形成污泥需要進一步處理的因素，該方法的使用在一定程度上受到限制。

2.2 電化學法

電化學處理法利用染料廢水中的染料分子在電場、電壓的作用下，發(fā)生氧化還原反應，最終脫色和礦化的方法。唐聰[7]等利用三維電極電芬頓氧化法處理染料廢水，在最優(yōu)工藝條件下，反應進行到2h后，COD和氨氮的去除率分別達到62.8%和42.48%，色度的去除率可達到95%。劉艷[8]采用電化學法對染料廢水進行脫色處理，結(jié)論顯示，在初始染料廢水濃度為700mg/L，不投加電解質(zhì)、不調(diào)pH、電流密度5mA/cm2的條件下，COD去除率達到63.28%。同時，試驗結(jié)果顯示，COD的去除率隨著pH和初始染料濃度的減小而減小，隨著電流密度的增大而增大。相對于傳統(tǒng)的染料廢水處理方法，電化學法是一種清潔處理法，它的占地面積少，管理方便，但實際運行中，用電量大、能耗大，且電極材料是消耗品，一定程度增加了電化學法的處理成本，因此其發(fā)展和應用都受到了一定的限制。

2.3 臭氧氧化法

臭氧氧化法是高級氧化技術(shù)中最常見方法之一，它對于難降解的染料廢水，有良好處理效果，一般用于染料廢水的深度處理，因此受到廣泛的關(guān)注。臭氧在溶于水的狀態(tài)下可以產(chǎn)生氧化能力極強的羥基自由基（·OH），·OH對廢水中的難降解有機物有較好的氧化分解能力，隨著反應的進行，大分子有機物斷鏈開環(huán)降解成小分子有機物，再進一步分解成水和無機鹽等小分子物質(zhì)。該方法不僅可以破壞染料廢水中的發(fā)色集團和助色集團，降低了染料廢水的色度，同時可提高了染料廢水的可生化性。孫珊珊[9]采用臭氧-生物法聯(lián)用工藝深度處理苯胺黑染料廢水，在最優(yōu)催化劑條件下，對臭氧處理后的染料廢水進行活性污泥法深度處理，當污泥濃度為3000mg/L時最佳曝氣時間為6h，出水C苯胺<0.8mg/L、CCOD<72mg/L，水質(zhì)可達到染料廢水排放一級標準。楊素霞[10]研究臭氧—粉末活性炭對經(jīng)過混凝、生化沉淀后的染料廢水進行深度處理，最佳反應時間為臭氧氧化30min，活性炭吸附40min，COD去除率達到87%，通過調(diào)節(jié)控制pH、反應時間和加藥量，可以最大程度的降低投資成本和運營成本。

2.4 光電催化氧化法

光電催化氧化技術(shù)是在一定催化條件下，染料廢水中的有機物與被激發(fā)的自由基作用，將大分子染料有機物氧化為小分子的醇、醛羥酸，最終氧化為小分子的水和CO2。方濤[11]采用光電催化氧化法處理剛果紅染料廢水，實驗結(jié)果顯示，剛果紅染料廢水的初始質(zhì)量濃度30mg/L，pH=5，溫度50℃，電解質(zhì)0.5mol/L，外加1mA的電流的條件下，剛果紅染料廢水的降解率為86.36%，COD的去除率為70.56%，色度的去除率達到了92.86%。班福忱[12]在傳統(tǒng)的電芬頓體系中加入紫外光，采用光電芬頓法處理酸性大紅染料廢水，光照加速·OH的產(chǎn)生，促進Fe2+鐵轉(zhuǎn)化為Fe3+，紫外光和Fe2+對雙氧水的分解存在協(xié)同效應，可在一定程度上促進反應的進行。結(jié)果顯示，在最佳脫色工藝條件下的酸性大紅染料廢水的脫色率達到97%。光電催化氧化技術(shù)對染料廢水有降解作用十分明顯，速度快，效果好，有著廣闊的應用前景。

3 生物處理法

3.1 厭氧處理法

厭氧生物處理法一般用于染料廢水的前端處理，常用的厭氧生物處理法主要有UASB和水解酸化。UASB厭氧處理設備在染料廢水處理中有著廣泛的應用，處理高濃度有機染料廢水時，良好的顆粒污泥床的形成，有機負荷去除率高，不需要攪拌設備，可以適應負荷沖擊、溫度和pH的變化，水溫在30℃時，負荷可達到10～20kgCOD/（m3·d）。水解酸化法處理染料廢水時，可使復雜的染料有機物在厭氧微生物的代謝下，經(jīng)厭氧發(fā)酵和氧化成小分子的有機物。該過程對廢水的COD去除效率并不高，但可以使大分子有機物質(zhì)大量的轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，從而可以提高廢水的可生化性。同時，由于染料分子中含有大量的有機氮，水解酸化可將有機氮轉(zhuǎn)化為氨氮，大大降低了后續(xù)工藝除氮難度，一般后接A/O、A2/O處理工藝，不單獨使用該方法。顧夢琪[13]研究水解酸化+A/O組合工藝對活性艷紅印染廢水脫氮性能的影響，結(jié)果表明，該組合工藝對COD、氨氮和色度的去除率分別達到92.2%、83.5%和71%，該組合工藝對染料廢水的脫氮效果十分明顯。

3.2 好氧處理法

好氧生物處理法不同于厭氧生物處理法，它是利用好氧微生物的代謝作用將染料廢水中的污染物質(zhì)去除，主要有生物膜法和活性污泥法。該方法較為成熟且經(jīng)濟，處理量大，廣泛的用于各類污水的處理。但由于微生物的生長受到溫度和pH等因素的影響，處理效率并不十分穩(wěn)定，占地面積較大且停留時間長。鄒海明[14]利用曝氣生物膜法深度處理染料廢水，在氣水比為1.5：1，水力負荷1m3/（m2·h）的條件下，出水色度去除率為85.3%。鄭潔[15]采用生物法處理酸性大紅廢水，當溫度在10～30℃之間時，脫色率隨著溫度的升高而增大，在30℃達到最大。在15h內(nèi)，100mg/L的酸性大紅幾乎完全脫色。通過對染料生產(chǎn)企業(yè)廢水工藝的調(diào)查，目前處理效果較好的且成熟的好氧處理工藝主要有A/O、A2/O、SBR和接觸氧化法。

4 結(jié)語

迄今為止，染料廢水仍然是較難治理的工業(yè)廢水之一，實際工程中企業(yè)需要花大量的資金去處理染料廢水使其達到排放標準，物理法、化學法和生物法處理染料廢水都有其優(yōu)點和局限性，研發(fā)新的處理技術(shù)和各種方法耦合聯(lián)用是染料廢水處理的趨勢，如何經(jīng)濟且高效的處理染料廢水仍是一項重要的研究內(nèi)容。

參考文獻

[1]徐麗琴，李麗穎，張柏赫，等.多孔生物材料對中性紅染料廢水的吸附效果[J].供水技術(shù)，2019，13（2）：19-22.

[2]許倩倩，孫德帥，亓雁飛，等.鐵有機骨架材料對偶氮型陰離子染料的吸附[J].環(huán)境工程，2019，37（03）：101-106.

[3]HorngJ，Huang S.Removal of organic dye （direct blue） from synthetic wastewater by adsorptive bubble separation techniques[J].AMERICAN CHEMICAL SOCIETY，1993，27（6）：1169-1175.

[4]卑蕾蕾，陶紅，張章堂.利用電凝聚-氣浮法研究印染廢水的脫色性能[J].水資源與水工程學報，2013（03）：89-92.

[5]馮冰凌.殼聚糖醋酸溶液粘度的穩(wěn)定性及其對殼聚糖超濾膜分離效果的影響[J].廣東化工，1999（04）：30-32.

[6]張蕓，王曉靜，代文臣，等.組合膜分離技術(shù)資源化處理印染廢水工藝的研究[J].水資源與水工程學報，2015（4）：29-34.

[7]唐聰，陳泉源，呂璠璠，等.三維電極電Fenton氧化法處理染料廢水[J].化工環(huán)保，2019，39（01）：32-37.

[8]劉艷，左燕君.電化學法處理染料廢水的脫色實驗研究[J].環(huán)境與發(fā)展，2018，v.30;No.138（01）：98-99.

[9]孫珊珊，劉邦海，張科亭，等.臭氧-生物處理聯(lián)用工藝深度處理苯胺黑染料廢水[J].中國海洋大學學報（自然科學版），2018，48（8）：125-130.

[10]楊素霞，劉魯建，張嵐欣.臭氧-粉末活性炭對染料廢水深度處理的研究[J].山東化工，2018，47（3）：149-154.

[11]方濤，徐霞，鄧麗娟，等.光電催化氧化法脫色處理剛果紅染料廢水[J].化工環(huán)保，2014，34（6）：515-519.

[12]班福忱，戴美月.光電Fenton氧化法處理染料廢水的試驗[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版），2017（01）：140-148.

[13]顧夢琪，尹啟東，劉愛科，等.水解酸化/AO組合工藝處理印染廢水色度去除與脫氮性能[J].環(huán)境科學，2018，39（12）：264-271.

[14]鄒海明，于群英，王艷，等.曝氣生物膜法深度去除染料廢水色度應用研究[J]，膜科學與技術(shù)，2012，32（6）：105-108.

[15]鄭潔.生物法對偶氮染料廢水脫色的研究[J].科技創(chuàng)新與應用，2018，252（32）：70-71.

收稿日期：2020-01-09

作者簡介：程金蘋（1991-），女，漢族，碩士，研究方向為污水處理。