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活性炭吸附組合工藝處理印染廢水的研究進展

2021-02-23信息來源 : 《山東化工》 作者:魏環宇等

摘要:本文首先通過舉例說明單一方法處理印染廢水的原理及現狀,之后引出物化處理法中的活性炭法處理印染廢水,結合活性炭單一處理廢水的優點及不足,提出活性炭聯合其他工藝共同處理印染廢水的方法。主要介紹的活性炭組合工藝有活性炭 -化學氧化法,臭氧-活性炭法和微波-活性炭法。


關鍵詞:印染廢水;處理;進展;活性炭法


印染行業歷史悠久,自新石器時代開始,人們就掌握了印染最初的印染技術,而隨著時代的發展,印染業也逐漸成為了國家經濟發展的支柱行業,與之相關印染廢水的處理問題也成為了解決難題。印染廢水是指在印染過程中由于染料未完全吸附染物及輔助染色投加的化學藥劑剩余集合排出的廢水。因此印染廢水成分復雜,難以處理。據不完全統計,我國印染廢水的日排放量達到了3×106~4×106m3,約占整個工業廢水排放的35%,是國外印染廢水排放量的3~4倍,污染物含量的2~3倍,因此印染廢水成為了目前治理環境污染的重要任務。


1 印染廢水處理分類及研究進展


印染廢水是一種成分復雜的高濃度有機廢水,因治理困難,處理成本高,成為環境治理的重點對象。在選擇印染廢水處理工藝時需根據水質特征進行技術分析,選擇出水穩定達標,又可兼顧成本的處理工藝。本文主要介紹的處理方法包括物化處理法、化學處理法和生化處理法。


1.1  物化處理法


物化處理法是指利用物理作用和化學反應組成廢水處理系統,分離和去除印染廢水中的不溶性污染物和部分可溶性有機污染物。在物化處理法中處理效果較好的方法有吸附法和膜分離法。


吸附法是利用溶質對水的疏水性和吸附劑對溶質的親和力,將污染物從水中轉移到吸附劑上。常見的吸附劑有活性炭和硅膠等。雖然利用吸附法可以有效去除印染廢水中的色度和有機污染物,但吸附劑的吸附容量有限,吸附飽和后再生難度較大等原因,因此吸附法在一般廢水處理中使用較少,常用在印染廢水的深度處理中。


膜分離法是指根據濾膜的顆粒孔徑將不能通過的污染物從水中截流到濾膜表面,從而達到凈化水體的目的。一般可分為滲透和滲析,具有出水水質好,適應性強和效率高等優點,但存在濾膜易污染,運行費用高等問題。馬江權等人采用氧化鋯微濾膜和聚酰胺納濾膜共同處理印染廢水,取得較好處理效果,達到工業水回用標準。陳啟斌等人通過研究不同影響因素對絮凝效果的影響,研究結果表明當MBF(微生物絮凝劑)與CaCl2質量比為1∶32時絮凝效果最好,經處理后COD去除率可達96.07%。


1.2 化學處理法


化學處理法是指通過物質之間的化學反應改變污染物的物理化學性質,使其降解成大分子顆粒物,進而從廢水中去除的目的。在化學處理法中研究較多的是高級氧化法和電化學法。


高級氧化法(AOP)是由Glaze等首次提出,是利用羥基自由基(·OH)的強氧化性,與水中污染物發生氧化還原反應,從而將污染物從水中去除。本文主要介紹高級氧化法中臭氧氧化法,Fenton試劑氧化法和光化學氧化法。


臭氧氧化法處理污染物分為兩種途徑,一種途徑是臭氧直接將污染物氧化為無機物。另一種是通過臭氧分解產生羥基自由基(·OH),利用強氧化性,使污染物發色基團中的不飽和鍵斷裂。盧昶雨等通過對3種不同模擬廢水連續通30min臭氧處理測定吸光度,結果表明臭氧氧化對三種印染廢水效果均在90%左右。董姣等采用8種不同活性染料研究單一染料配水和混合染料配水經臭氧/微電解處理后的出水效果,處理水質較好,滿足排放標準。


Fenton試劑氧化法是指H2O2在Fe2+離子的催化下,具有強氧化作用,利用Fenton試劑氧化法可將廢水中的有機污染物氧化去除。張曉東等將Fenton試劑法與混凝法相結合,在Fenton試劑中加入CPAM(陽離子聚丙烯酰胺)共同處理印染廢水,實驗結果表明經處理后COD與濁度去除率可達51.22%和79.17%。程然將Fenton試劑氧化法與生物法聯用處理印染廢水,取得較好出水水質。


光化學氧化法是通過氧化作用和光催化協同促進反應速率和氧化能力的一種水處理技術。光化學氧化法可分為直接氧化與間接氧化,其中光分解,光敏化氧化是在光照條件下,直 接使水中污染物分解。光激化氧化和光催化氧化是通過產生·OH間接氧化污染物。陳志錚等利用UV/TiO2光催化氧化法處理印染廢水,印染廢水處理效果良好。崔迪等通過光催化氧化裝置處理印染廢水,出水水質較好。


電化學氧化法根據氧化原理分為兩個過程,一是通過陽極直接將污染物氧化為無害物質,二是通過陽極產生可變價的金屬鹽溶液,通過鹽溶液氧化作用,將污染物氧化降解成無害物 質。王昭陽等利用三維電解法催化處理羅丹明 B模擬印染廢水,羅丹明B降解率為80%~90%。譚順意等通過微電解法催化處理印染廢水,取得較好處理效果。


1.3 生化處理法


生化處理法按需氧量可分為好氧生物法和厭氧生物法。好氧生物法是利用好氧微生物和兼性厭氧微生物的生化作用來完成處理廢水的過程。通過向廢水中通入氧氣提高好氧微 生物的生化作用,利用生化作用轉化廢水中難降解污染物。好氧法由于單一處理效果并不理想且后期運行費用高,一般應用于廢水深度處理。


生物的代謝作用,將廢水中的有機污染物轉化為甲烷和二氧化碳。厭氧生物法同時適用于不同濃度廢水,對染料中的偶氮基、蒽醌基和三苯甲烷基均可降解,因耗能少而被廣泛應用好氧-厭氧技術的主要原理是利用好氧作用和厭氧作用相結合,通過生物降解作用協同處理廢水中難降解有機污染物,并且厭氧反應能降解部分有機酸。宋夢琪等對聚乙烯醇PVA)印染廢水先進行厭氧階段的水解酸化過程,后進行好氧處理,結果表明經水解酸化后的印染廢水通過好氧處理后出水水質更好。


2 活性炭吸附法及其組合工藝在印染廢水處理中的研究進展


活性炭是將有機原料,如煤炭、木料、硬果殼、樹脂等為原料,在高溫下碳化、活化而成。活性炭孔隙率大,表面具有無數細小空隙,因此具有優良的吸附性和極大的吸附容量。但由 于微孔直徑在2~50nm之間,同時具有強親水性,限制了大分子及疏水性染料在活性炭內部的擴散。因此活性炭吸附法對中低分子和水溶性染料吸附性較好,對于大分子和疏水性染料吸附性能較差。因此單獨使用活性炭法處理印染廢水的效果并不能滿足我們對水質的要求,采用組合工藝可提高出水質量,去除多種污染物并且能降低處理成本。目前,活性炭組合工藝處理印染廢水主要包括化學氧化-活性炭法,臭氧-活性炭法和微波-活性炭發。


2.1 化學氧化-活性炭法


化學氧化-活性炭法是將化學氧化法和吸附法相結合,先利用氧化法將印染廢水中的有機污染物氧化成無機物和小分子顆粒,然后通過活性炭將廢水中的小分子顆粒吸附到活性炭 上,再將活性炭從廢水中分離,從而凈化水體。而與此過程相反的活性炭-化學氧化法的作用機理則是先通過活性炭的吸附作用,將印染廢水中有機污染物轉移到活性炭表面,維持有機污染物的高濃度,在活性炭表面與污染物發生氧化還原反應,提高污染物去除率。兩種方法適用的印染廢水濃度不同。前者適用于高濃度印染廢水,后者適用于中低濃度廢水。朱洪濤等利用正交實驗對比Fenton試劑氧化和活性炭組合處理印染廢水,結果表明Fenton氧化和活性炭組合處理印染廢水脫色率可達90.1%,相對于單獨Fenton和單獨活性炭吸附提高了 18%和 20.9%;孫曉旭等采用Fenton-活性炭,活性炭-Fenton和Fenton與活性炭同時處理印染廢水,實驗結果表明同時處理時出水水質最好,這可能是活性炭和Fenton試劑之間的協同作用造成的。


2.2 臭氧-活性炭法


臭氧 -活性炭法是將活性炭物理吸附作用,臭氧氧化作用,生物降解作用三者融合為一體的新型水處理技術。臭氧具有強氧化性和促進絮凝的作用。臭氧-活性炭法先通過臭氧 氧化分解水中的有機污染物,促進水中部分膠體和可溶性有機物絮凝沉淀,同時臭氧使廢水中有機污染物通過開環和斷鏈氧化成小分子物質,更易被活性炭所吸附,并產生少量溶解氧維持活性炭上附著的微生物活性,提高活性炭使用周期。這使得在保持臭氧和活性炭本身優勢的同時協同作用,提高出水水質。馮癑等[25]通過采用活性炭催化臭氧氧化對印染廢水進行深度處理,取得較好處理效果。沈擁軍等人通過對甲基紅模擬印染廢水采用臭氧/活性炭聯用工藝處理,利用正交實驗研究臭氧流量、廢水溫度、pH和活性炭投加量對處理效果的影 響,結果表明最佳運行條件下色度去除率和COD去除率分別為97.4%和85.2%,并且通過對比實驗表明臭氧-活性炭法處理效果優于單獨使用臭氧和單獨活性炭法。


2.3 微波-活性炭法


微波 -活性炭法是利用微波的輻射性能和活性炭的吸附性能結合的新型處理工藝,微波具有很強的穿透能力,使廢水中的極性分子高速旋轉達到熱效應,產生的高溫使得有機污染物降解成無機物,并通過活性炭的吸附作用吸附去除。同時微波的非熱效應可以加快有機污染物分子鍵的斷裂,提高有機污染物的去除率并且不會產生二次污染。陳紅英等采用微波處理法和活性炭吸附法協同處理模擬印染廢水,結果表明出水水質良好,并且通過對比實驗表明二者聯合處理印染廢水優于單一處理方法。陳俊平等通過微波強化作用,促進Fenton-活性炭法處理印染廢水,處理效果良好,經處理后出水COD和色度去除率可達73.7%和93.2%。


3 結語


印染廢水變化無常,成分復雜,在工業廢水中屬于難治理一類,需要根據印染廢水的組成及物化性質,綜合考慮各種處理技術的優缺點,選擇合適的組合工藝進行處理。但由于印染染料之間的差異和印染廢水本身的復雜性,活性炭工藝技術尚未成熟。日后的主要研究方向分為兩種,一是研究新型活性炭,降低成本及提高去除率。二是研究活性炭和其他工藝的新型組合工藝。通過組合工藝,不斷彌補自身不足,提高去除率,將對環境的影響降到最低。