染料废水处理技术现状与发展

染料废水处理技术现状与发展

摘要: 文章介绍了染料废水的物理、化学和生物处理技术，并分析了其去除原理和工艺优缺点，目的在于为染料废水处理工作提供理论基础和现实指导，并提出未来染料废水处理技术的发展走向—高效、经济、适应性强、清洁性的废水处理技术。

前言

伴随染料生产和印染行业的发展，染料工业废水的排放量也急剧增多，据调查中国每年约有1. 6亿立方米的染料废水排放进入水环境中［1］。并且染料废水具有色度大、有机污染物含量高、组分复杂、水质变化和生物毒性大，以及难生化降解，并朝着抗光解、抗氧化的方向发展等特点，使处理染料废水的难度进一步加大［2］。印染废水含大量的有机污染物，排入水体将消耗溶解氧，破坏水生态平衡，危及鱼类和其它水生生物的生存。沉于水底的有机物，会因厌氧分解而产生硫化氢等有害气体，恶化环境。由于以上几点，使其成为国内外难处理的工业废水之一，中国己将染料废水的治理列为环境保护工作的重点。

染料废水是指棉、毛、化纤等纺织产品在预处理、染色、印花和整理过程中所排放的各种废水的总称，并具有水量大、色度高、组份复杂的废水，水质变动范围大等特点。为了解决有机染料对环境的污染，人们采用了不同的方法

与技术对染料废水进行了各种处理途径的尝试，其主要目的为［3 － 4］: ①分离去除富集发色物质; ②破坏发色物质，以达到脱色和降解有机物的目的。

1、常用染料工业废水处理技术

当前有多种物理化学方法和生物方法均可用于染料废水的脱色降解处理，国内外常用于工业染料废水处理的方法有: 生物处理法、化学絮凝法、化学氧化法、吸附法和电化学法等方法［5 － 7］。其他如膜分离技术、辐照技术等也正在推广应用［8 － 10］。在具体城市下水道和污水处理中，废水首先在工厂作预处理，达到城市下水道排放标准后进行集中处理。废水经过预处理再排放可改善污水水质，降低城市污水厂处理负荷，同时便于根据不同的废水水质采取不同的预处理手段［11］。在对印染废水进行最终处理时，有机物的去除一般以生物法为主，对难于生物降解的印染废水，采用厌氧( 水解) 好氧联合处理较为合适，对易于生物降解的印染废水，可采用一段生物处理。色度的去除，一般以物理化学方法为主，对于规模大、处理水平高的工厂，可采用电解、化学絮凝、臭氧氧化等工艺，对于小规模的工厂，可采用炉渣过滤。以下是国内外具体印染废水处理工艺概要。

1． 1 生物处理法

生物处理法主要通过生物菌体的絮凝作用、吸附作用和生物的降解作用对废水中发色物质予以分离和降解。生物的絮凝和吸附作用属于物理过程，并不能使得染料分子的结构发生化学变化，而生物的降解作用则是利用微生物酶来氧化或还原染料分子，破坏其发色基团和不饱和键，并通过一系列氧化、还原、水解、化合过程，将染料最终降解为简单无机物，或转化成各种营养物或

原生质。废水中大部分有机物是可以生物降解的，即使是苯环结构，也能被诺卡氏菌、环形小球菌分解，在辅酶HSCOA 的作用下，苯环裂解，分解为有机酸，最终氧化为CO2和H2O。因此，自上世纪以来，由于生物处理法运营成本低，经济适用，在染料废水处理中得到广泛应用。全世界80%以上的染料废水仍以生物处理为主，其中好氧生物处理法占绝大多数［12］。

生物处理法可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法。好氧处理法虽然对BOD 的去除率较高，去除率可达80%，且运行费用较低。但对复杂大分子物质降解效果较差，仅在50% 左右。故对染料废水色度和难降解有机物的去除率往往不太理想，尤其PVA 等化学浆料、表面活性剂和坯布碱减量技术的广泛应用，染料废水CODcr可达3 000 mg·L － 1，且可生化性明显下降，BOD/CODcr一般低于0. 2，仅单纯采用好氧生物处理，其出水难以达标。相对于好氧处理法而言，厌氧生物处理法在一定条件下能够对复杂大分子物质有明显的降解效果，是一种很有发展前途的工业废水处理方法。但厌氧法处理工业废水经常伴随着腐臭味，且单独运用厌氧处理法处理染料废水效果也不理想，仍难以达标排放。因此，在当前染料工业废水生物处理装置后，通常串联物理化学处理( 混凝沉淀或气浮) 装置作进一步处理。后续处理中［12］。基于上述生物处理法存在的局限和当前染料向抗光解抗生物氧化方向发展，探索生物处理工艺优化组合和筛选具有强降解能力、高效絮凝活性的降解菌成为当前研究的热点［13］，并取得可喜的成果。

1． 2 絮凝法

絮凝法是向废水中加入一定物质，通过物理或化学的作用，使原先溶于废水中或呈细微悬浮状态、不易沉降( 或气浮) 、过滤的污染物集结成较大颗粒，以便与水分离的方法，从而使富集在废水中的发色物质分离、去除。絮凝法主要有混凝沉淀法和混凝气浮法，采用的混凝剂可分为无机和有机两大类。无机混凝剂多半以铝盐和铁盐为主，常用的混凝剂包括石灰( Ca( OH)2) 、硫酸铝( Al2( SO4)3·14H2O) 、氯化铁( FeCl3) 、硫酸亚铁( FeSO4) 、硫酸铁( Fe2( SO4)3) 等，以及无机高分子聚合物，如聚合氯化铝，聚合硫酸铁( PFS) 、聚合硫酸铁等。无机高分子聚合物混凝剂具有腐蚀性小、pH 值范围广、混凝沉降性能好、脱水性能好和废水处理效果好优点。有机混凝剂是指能够发挥絮凝作用的天然或人工合成的有机高分子物质，根据可离解基团特性，可分为阴离子型( 基团—COOH、—SO3H、—OS3H 等) 、阳离子型( 基团—NH3OH、—NH2OH、—CONH3OH 等) 、两性型( 同时含有两种基团) 和非离子型( 不能电离的非电解质) 。在染料废水中常用的有机高分子絮凝剂有: CG － A、DC － 491、611 阳离子型高分子絮凝剂，mPAM( 甲叉基聚丙稀酰胺) 等。较无机絮凝剂而言，具有脱色效果好、投药剂量小、pH 范围宽、产生淤泥体积小等优点。近年来，国外采用有机高分子混凝剂者日益增加，且有取代无机混凝剂之势，但有机絮凝剂的价格高，影响其广泛应用。絮凝法常作为单独处理或与生化处理相结合的预处理。

絮凝法对疏水性染料脱色效率很高，色度去除率可达92%以上，但对亲水性染料的脱色效果低，CODcr去除率低。因此，絮凝法常与其它处理方法( 如: 生化处理法、过滤等) 联用，处理后出水: CODcr去除率为70% ～ 80%，BOD5

去除率为90% ～ 96%，色度去除率可达70% 以上。絮凝法被认为是最有效、最经济的脱色技术之一，比生物处理方法还更经济，具有工程投资低、占地面积少、处理量大、对疏水性染料脱色效率很高等优势。但絮凝法具有: 对亲水性染料的脱色效果差、CODcr去除率低、处理时间长、生成大量的泥渣且脱水处置困难等缺点，这是影响该方法广泛应用工程实践的主要原因。因此，开发新型多功能高效絮凝剂和优化应用工艺是当前此法研究的重点。

1． 3 化学氧化法

化学氧化法是借助氧化作用破坏染料的共扼体系或发色基团是印染脱色处理的方法，是染料废水脱色降解的主要方法之一。除常规的氯氧化法外，国内外研究重点主要集中在臭氧氧化、过氧化氢氧化、电解氧化和光氧化方面［14 － 15］。但由于氯氧化法在脱色的同时，易产生小分子、危险性更大的、引起动物肿瘤、损坏神经系统的三氯甲烷等有机卤代物，现已极少使用; 而过氧化氢法和光催化法虽具有效率高、无二次污染等优点，但受处理成本和能耗的制约，离产业化应用尚有一定的距离。臭氧是良好的脱色氧化剂，对于含水溶性染料废水如活性、直接、阳离子和酸性等染林其脱色率很高; 对分散染料也有较好脱色效果; 但对其他以悬浮状态存在于废水中的还原、硫化和涂料，脱色效果较差。臭氧氧化也可以与其他处理技术结合应用。如用FeSO4、Fe2( SO4)3、及FeCl3，凝聚后再用臭氧处理可提高脱色处理; 臭氧加紫外辐射或同时进行电离辐射也可提高氧化效率。由于臭氧氧化对染料品种适应性广、脱色效率高，同时O3在废水中的还原产物以及过剩O3，能迅速在溶液和空气中分解为O2，不会对环境造成二次污染。因此O3脱色技术具有一定的工