印染废水处理技术研究进展探析

印染废水的主要特点是色度、BOD、COD、pH 值、温度和浊度高，分子量大，生物降解性低，且废水成分复杂，含有有机高分子化合物和助凝剂等。综述了印染废水处理技术的研究及应用现状，介绍了印染废水中常用的物理处理法、化学处理法和生物法，分析了不同处理方法的研究及应用效果及优缺点，提出了各处理方法的技术缺陷及存在的问题，并对印染废水处理未来的研究方向进行了展望，不同处理方法间的组合可以较好地发挥它们各自的优点，是未来可靠处理印染废水的有效方法。
文章编号： 1674 -6139(2015)02 -0074 -03
前言
纺织业是用水量最大的工业项目之一，它在处理及染色的过程中会产生含有大量化学物质的染料，夹杂在废水中形成难以治理的印染废水。印染废水的主要特点是色度、BOD、COD、pH 值、温度和浊度高，BOD/COD 比值小，分子量大，生物降解性低，且废水成分复杂，含有有机高分子化合物和助凝剂等。
印染废水对人体健康和水生态环境具有直接和间接的影响，大量的染料排放，使得受纳水体色度增大，同时也会阻碍阳光射入水体，从而影响生态系统； 某些染料和它的衍生物对水生植物、鱼类和其它动物存在一定的毒性，长期持续摄入会破坏它们的结构； 有研究发现，染料在一定程度上会加剧水体的富营养化。
目前印染废水的处理主要有物理法、化学法、生物化学法。但是，这些方法单独使用并不能达到很好的处理效果，往往要两个或三个方法同时应用才能获得理想的处理效果。论文综述了目前印染废水的处理技术方法，分析了各技术方法的优缺点，探讨了今后印染废水处理技术的发展方向。
1.物理处理法
1.1 吸附法
吸附法是利用吸附剂吸附废水中的染料从而达到去除污染物的目的。目前常见的吸附剂主要有活性炭、煤渣、膨润土和无极吸附剂等。吸附法受多种物理和化学因素的影响，如吸附剂的表面积、粒度、温度、pH 值和接触时间等。吸附剂的选择主要考虑吸附再生性和吸附剂的亲和性。吸附法具有投资小，方法简单的特点，但吸附剂的使用量较大，再生费用高。马万征等通过静态试验研究了壳聚糖- 活性炭对印染废水的吸附性能，发现壳聚糖和活性炭的配比为1∶8 时，脱色率可达94.26%，COD 的去除率为57.34%； 牟淑杰等通过对膨润土改性，在最佳的实验条件下，改性后的膨润土对废水的脱色率高达97.8% 以上。李甲亮等利用镁盐和炉渣模拟印染废水脱色，最大脱色率可达93.33%。
1.2 膜分离法
膜分离法是处理印染废水最常用的方法之一，它是指在水处理过程中，不同粒径的分子通过半透膜，从而达到选择性分离的目的。目前，根据常用的膜的孔径可分为： 微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)等。通过特定的条件来选择合适的滤膜，膜分离可获得较好的染料废水处理效果。膜分离技术是一个纯物理性的过程，膜不会发生相的变化，不需要添加其他的催化物质，运行费用低。但该法的缺点是一次性造价高，膜污染严重，需要根据废水的类型选择不同的预处理方法，在预处理单元中适当的去除悬浮性固体可以增加膜的寿命，但这些操作都会增加成本预算，限制膜技术的推广应用。焦涛采用超滤+ 纳滤工艺处理印染废水，调节pH 值后色度总去除率可达98.4%； 丛纬等研究了超滤/纳滤双膜集成工艺对印染废水的处理，研究结果表明，能去除90% 浊度和部分COD，出水水质能够基本达到国家要求。朱薛妍采用中空纤维复合纳滤膜对含甲基蓝的印染废水进行深度处理，处理后脱色率大于99%以上，COD 去除率也大于90%。
1.3 超声波空化法
超声波空化法是指利用超声波的能量，当它足够大以至于水中的微小气泡在它的作用下(泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程)能够激化，这项技术利用声波将水中存在的有机物降解为CO2、H2O、小分子有机物等。该技术主要优点是污染较少甚至不存在污染、操作仪器简单，同时对水还具有杀菌消毒的功效； 缺点是到目前为止该技术主要只是处于试验室探索研究阶段，尚未在生产实践中采用，因此可以看作是未来水深度处理的一种前沿性技术。魏红等利用超声波研究印染废水中COD 的去除，去除效果显著，去除率可达90.74%，且去除率随温度的升高而降低。程建萍等利用超声波技术作为印染废水处理的预处理步骤，结果表明，出水水质的COD 去除率可达96%以上。刘越男等利用超声波内环流气升式反应器对印染废水进行处理，研究结果表明脱色率和COD 去除率分别提高了23.0%和6.5%。
1.4 混凝法
混凝法通过添加化学物质来改变悬浮固体的物理状态，通过沉淀将其去除，这种方法受絮凝剂的影响较大，同时也会使水中溶解态物质增加。由于絮凝剂价格便宜，在实际应用中，絮凝预处理被认为是最佳预处理方法。但它对一些水溶性染料的处理效果不佳，也会产生一定量的污泥。随着合成技术的发展，大量新的染料不断被制造，这也加大了絮凝剂选择的难度，因此，在进行处理前，需要预试验选择最佳的絮凝剂。絮凝法的处理效果与染料的浓度和溶解性呈反比，还与pH 值、絮凝剂的用量和絮凝时间等有关。孙圆媛制备硼聚硅酸铝铁(PSAFB)和硼聚硅酸铝锌(PSAZB)两种无机高分子絮凝剂处理印染废水，探讨分析了最佳废水处理工艺条件，试验结果表明，硼聚硅酸铝铁投加量为25 ml/L，废水pH 值为9.0； 硼聚硅酸铝锌的絮凝剂投加量为30ml/L，废水pH 值为11.0 时为废水处理效果最好。刘剑锋等以丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵为单体合成一种阳离子絮凝剂QY - 1 处理印染废水，在投药量为100 mg/L，pH 值为4 时，CODcr去除率为75.8%，色度去除率可达79.0%。刘永等选择聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硫酸氯化铝铁(PAFCS)对印染废水进行絮凝预处理，结果表明： 当pH 值为10.0，投药量为620 mg/L 时，PAFC 和PAFCS 的COD 去除率分别可以达到52.6%和43.6%，与PAC、PFS 等常规絮凝剂相比，复合铝铁絮凝剂的处理效率更高，可在印染废水处理工程中推广应用。
2.化学处理法
2.1 高级氧化法
高级氧化技术(AOPs)，又被称为深度氧化技术，是指在特殊的实验条件(高温、高压、催化剂等)下，利用强氧化性的自由基.OH 与大分子有机物反应，通过破坏分子结构，将大分子有机物降解为小分子物质，以达到氧化去除的目的，从而实现有机物的处理。高级氧化技术通常有光催化氧化法，臭氧氧化法，Fenton 法等几种常见的工艺。与普通氧化方法相比，它具有以下几个优点：
(1)现有的技术对印染废水的处理比较困难，而高级氧化技术可以直接将染料直接矿化从而达到去除；
(2)高级氧化技术要求的反应条件不高，不需要高温高压，在室温常压下就可以操作；
(3)高级氧化技术处理单元即可以作为单独使用，也可与其它的工艺一起联用；
(4)催化剂消耗少，且不会产生污泥。在实际应用中，高级氧化技术对印染废水中难以氧化的大分子有机物的氧化效果较好，经处理后它的浓度最多有300 多ppm，最小只有2、3 个ppm。Rein 发现臭氧氧化法受pH 值影响较大，当pH 值变小时，染料的臭氧化效率也降低。陈志铮等采用光催化氧化法处理印染废水，以TIO2作为催化剂，调节pH 值为6.5～ 8.0，COD 去除率为46%。刘诗燕研究了Fenton试剂对印染废水的处理效果，确定过氧化氢与Fe2 +的最佳配比为1∶3.1，最适pH 值为4.5，最适温度为50℃，在此条件下，COD 去除率最高。
2.2 电化学法
电化学法在印染废水的处理中主要存在絮凝、氧化还原的作用。絮凝作用是指在电流作用下，阳极不断失去电子，在溶液形成絮凝活性高的物质，与印染废水中的染料结合，从而达到去除的目的； 氧化还原作用是指在电流作用下，阳极产生强氧化性物质，而阴极不断析出氢气，与印染废水中的有机物发生氧化还原反应，其中常用的阳极材料有Fe、Al等。电化学法处理效果好，设备小，运行管理简单，但目前来看，能耗大、成本高限制了这一技术在印染废水处理中的应用。高立新等采用Fe - PbO2/不锈钢电极- 活性炭三维电极体系，其中活性炭为颗粒电极，在废水pH 值为3，电解质投加量0.15 mol/L，电解时间10 min 条件下，BOD5/COD 比值从原来的0.126 上升至1.71。罗亚田等利用铝阳极脉冲电化学法处理印染废水，处理后色度和COD 的去除率分别可以达到95%和92%，处理效果良好。张大全等采用Fe - PbO2/不锈钢电极- 活性炭三维电极体系对印染厂印染废水进行研究，CODcr的去除率可达到71.1%。
3 .生物法
3.1 好氧法
好氧法是指在有氧存在的条件下，好氧微生物利用印染废水中的有机物作为营养物质进行降解，从而达到去除的目的，主要包括活性污泥法和生物膜法。好氧法对BOD5的去除率较高，绿色环保，出水水质稳定。但在实际应用中，由于现代人工合成染料可生化降解性差，单独使用好氧法处理印染废水很难达到预期效果，且好氧法会产生大量的污泥，在后续处理中是一笔较大的费用开销。丁春生等采用混凝沉淀- 水解酸化- 好氧工艺处理印染废水，处理后水中CODcr平均去除率可达81.2%，色度平均去除率为83.3%。王相晶等采用絮凝- 水解酸化- 好氧组合工艺处理企业印染废水，处理效果良好，COD 和BOD5去除率分别达到95.6%和96.9%。
3.2 厌氧法
厌氧法适宜于处理可生化降解性差(BOD5/COD)的印染废水，多为现代人工合成染料废水。Brown 通过试验证明厌氧法可以有效解决好氧法难以处理的色度问题。厌氧法处理后的水质一般很难达标，通常利用厌氧法处理可生化降解性差和解决色度的优点，与好氧法联用处理印染废水。
3.3 厌氧- 好氧生物法
厌氧- 好氧生物法兼有厌氧法和好氧法的优点，分为厌氧阶段和好氧阶段。在厌氧阶段，可以去除掉部分易降解的有机物，而难降解的部分在厌氧菌的作用下分解为小分子有机物； 在好氧阶段，好氧菌氧化将小分子有机物氧化分解从而去除。厌氧- 好氧生物法对难处理的高浓度印染废水具有较好的效果，且具有较强的耐冲击负荷能力。尤隽等采用厌氧/缺氧/好氧生物工艺处理印染废水，结果表明，该工艺流程能够有效处理水量、水质波动大且可生化性差的印染废水。刘伟京研究厌氧- 好氧- 混凝工艺处理难降解印染废水，试验分析表明，工艺运行70 d，CODcr总去除率为93.2%，色度总去除率为93.9%。卢江涛等采用厌氧水解- 好氧工艺对印染废水进行处理实验，COD总去除率达87.6%，色度总去除率可达到98.0%。
4.结语
通过以上对不同的印染废水处理方法的比较可以看出，每种方法都有它的优缺点和适用范围，我们将不同的方法组合联用，充分发挥各自的优点，使整个处理工艺趋于完善，开发出投资小，方法简单，效果好的新技术，这是今后主要的研究方向。