水处理

染料废水治理技术研究进展

2020-02-13 10:09:29 基层建设 作者:范笑笑

摘要:染料污染是最主要的工业水污染问题之一。其种类繁多、化学结构稳定、常常具有酸碱度和多种颜色,如果随意排放自然水体会对水体酸碱性、能见度和有机物含量造成很大影响,污染极大。工业染料废水一般通过物理、化学、生化法去除,这些方法各有优缺点。本文根据染料废水水质特征,比较几种主流去除技术,考虑技术难易程度、方法适用性分析、处理效果等多方面因素,为染料废水治理领域的研究人员和技术工作者提供参考。

关键词:染料废水;特征与危害;治理技术

随着工业的发展,由化学物质导致的淡水污染问题是人类面临的主要环境问题之一,不但影响水体生物链的稳定,还危害人体健康。因此,将污染物从溶液中廉价有效的去除,已受到人们普遍的关注。大量的污染物排入水体,水污染越来越严重,其中染料是水体污染物之一。市场上的染料种类超过10万种,染料的年产量超过70万吨,其中超过10%的染料在生产和使用过程中直接排放到河流、湖泊中,使得水环境污染从地表深入到地下。所以,探索出简单、高效、成本低廉的方法去除水体中的染料污染物,以重获安全可靠淡水,已经成为环境保护领域的热点课题。

1.染料废水的分类、特征和危害

染料废水按照不同的划分方式有不同的分类方法。按化学结构特征可分为:(1)偶氮染料;(2)蒽醌染料;(3)靛族染料;(4)菁类染料;(5)芳基甲烷染料;(6)杂环染料。按染料性质和应用可分为[1]:(1)酸性染料,又称为阴离子染料;(2)碱性染料,即阳离子染料;(3)直接染料;(4)活性染料;(5)分散染料;(6)还原染料。

染料废水的特点主要有[2]:(1)有机物含量高、毒性强且难生物降解,印染废水属于有机废水,其中所含的颜色及污染物主要由天然有机物如天然纤维所含的蜡质、胶质、半纤维素、油脂等及人工合成有机物质如染料、助剂、浆料等所构成,近年来随着大量新型助剂、浆料的使用,这些有机物的毒性强,可生化降解性降低,处理难度加大;(2)成分复杂,印染废水含有未反应的染料、颜料(涂料),带有浓重的色泽,还有未反应的助剂,以及反应后的生成物和织物上的脱落物。更严重的还有致癌和致畸的有机化合物,具有毒性的重金属等;(3)色度高,由于在印染加工中大量使用了各种染料,这些染料不可能全部转移到织物上,有很大一部分残留于废水中。不同纤维织物在印花和染色过程中使用的染料种类不同、上染率不同、残留量也不同,使得排放废水颜色多样;(4)排放量大且治理困难,废水间歇性排放、水质水量随时间变化较大,给废水处理工艺的设计运营管理增加许多困难。

由于技术、经济等原因,目前大多数采用的染料废水治理方法只能达到基本排放要求。虽然在色度上略有下降,但有机物质只是分解成较小物质,对这些分解产物性质很难控制也很难掌握,直接排放仍对环境有极大损害。因此,染料废水必须要经过处理达标才能排放到环境水体中,其治理也显得尤为重要。现在染料、医药等行业排放的染料废水已经严重威胁到人类生存的环境。

2.染料废水的治理方法

(1)生物法

生物法包括好氧法和厌氧法两种[3]。在处理废水的应用中,生物法以其去除效率比较高、生产成本较低和没有二次污染的特点而被广泛应用。然而它也有其不完善之处,比如微生物对其生长环境有较高的要求,污水中存在对微生物生存有害的成分,这会影响废水的处理效果限制了其在实际中的应用。

(2)化学法

化学法是通过与染料分子间发生化学反应从而去除染料,化学法处理染料废水时因其处理效果好而被广泛应用。化学法主要包括混凝法、氧化法和电化学法等。

1)混凝法

混凝法就是投加混凝剂与污染物凝聚,利用重力使污染物从水溶液中沉淀,从而将污染物分离出来。

常见的混凝剂可分为无机和有机两类,无机混凝剂一般用于对悬浮态和胶体态染料的处理,但是在处理水溶性染料方面,脱色效果差[4]。混凝法虽然在染料去除中具有一定的优势,但该方法存在着污泥量大、脱水难、pH条件高、不适用于亲水性染料的处理等问题。因此,现如今大量研究人员将研究重点放在混凝剂改性重新构建以及开发混凝新工艺上。

2)氧化法

氧化法就是利用氧化剂将污染物还原成无害物质的方法。氧化剂包括臭氧、Fenton试剂和光催化剂等。氧化法由于其耗能大、处理成本高、处理效果差且水质净化过程中极易引进其他杂质从而易造成二次污染。

3)电化学法

电化学法是利用电极的氧化还原反应将污染物转化为微毒或者无毒较易降解的物质,最终去除废水中的污染物。近几年来,随着新材料制备技术的不断发展,大大提高了电化学方法去除染料的效率,但电化学法处理染料废水的能耗较高,对反应设备要求严格,成本较高,对电极材料的研究还不充分从而限制了其应用。

(3)物理法

常用物理法包括吸附法、膜分离法等。膜分离法是在外界压力作用下将污染物溶液经过选择透过性薄膜过滤,使溶液中的某些组分隔开,从而达到分离、提取或富集的方法[5]。膜分离法在20世纪60年代崛起,其在海水淡化中的应用已经走向工业应用,到目前为止,在水处理、医药、食品、环保等诸多领域都已取得巨大的应用进展。由于操作方便、受水体温度、pH等因素影响较小、选择性好、能耗低、可在连续流动体系中进行、绿色环保等优点。但是膜分离法对水质要求高、膜更换频率快、成本高,阻碍了其在染料废水处理中的应用[6,7]。

目前吸附法的应用比较广泛。吸附法是利用较大比表面积的多孔吸附剂将染料废水中的染料分子吸附到其表面或者内部孔隙中,达到分离去除的效果。由于吸附法操作简单、成本低、周期短、选择性好、吸附剂可再生等,已被广泛地应用在染料废水处理中。制备出吸附能力强、物化性质稳定、可再生的高效吸附剂,是研究者们研究的重点。

3 结论与展望

世界因染料而多彩,但水体不需要。染料废水的治理是当今世界环境保护领域的一个重点课题。本文论述了染料废水的种类、基本特征和对环境的危害,比较了工业上常用的物理法(包括吸附法、膜分离法)、化学法(包括混凝法、氧化法和电化学法)以及生物处理法(好氧、厌氧),分析了各种处理方法的优劣和适用特点。在实际工业废水处理中需根据染料废水的种类性质、产量、周边环境和经济条件综合考虑,因地因时制宜选用合理的处理方式。同时,可进一步探究各种处理方式的优化,以及多种方法联用,多快好省地处理染料废水,保证自然水体的洁净不被污染。

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