活性炭吸附組合工藝處理印染廢水的研究進(jìn)展

全康環(huán)保: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(xiàn)狀，之后引出物化處理法中的活性炭法處理印染廢水，結(jié)合活性炭單一處理廢水的優(yōu)點(diǎn)及不足，提出活性炭聯(lián)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(xué)氧化法，臭氧－活性炭法和微波－活性炭法。

關(guān)鍵詞：印染廢水；處理；進(jìn)展；活性炭法

印染行業(yè)歷史悠久，自新石器時(shí)代開始，人們就掌握了印染最初的印染技術(shù)，而隨著時(shí)代的發(fā)展，印染業(yè)也逐漸成為了國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱行業(yè)，與之相關(guān)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(xué)藥劑剩余集合排出的廢水。因此印染廢水成分復(fù)雜，難以處理。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)印染廢水的日排放量達(dá)到了３×10⁶～４×10⁶m3，約占整個(gè)工業(yè)廢水排放的35％，是國(guó)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(huán)境污染的重要任務(wù)。

1 印染廢水處理分類及研究進(jìn)展

印染廢水是一種成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，因治理困難，處理成本高，成為環(huán)境治理的重點(diǎn)對(duì)象。在選擇印染廢水處理工藝時(shí)需根據(jù)水質(zhì)特征進(jìn)行技術(shù)分析，選擇出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，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(xué)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(xué)反應(yīng)組成廢水處理系統(tǒng)，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(jī)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(zhì)對(duì)水的疏水性和吸附劑對(duì)溶質(zhì)的親和力，將污染物從水中轉(zhuǎn)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(jī)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(jù)濾膜的顆?？讖綄⒉荒芡ㄟ^的污染物從水中截流到濾膜表面，從而達(dá)到凈化水體的目的。一般可分為滲透和滲析，具有出水水質(zhì)好，適應(yīng)性強(qiáng)和效率高等優(yōu)點(diǎn)，但存在濾膜易污染，運(yùn)行費(fèi)用高等問題。馬江權(quán)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(dá)到工業(yè)水回用標(biāo)準(zhǔn)。陳啟斌等人通過研究不同影響因素對(duì)絮凝效果的影響，研究結(jié)果表明當(dāng)ＭＢＦ（微生物絮凝劑）與CaCl₂質(zhì)量比為１∶32時(shí)絮凝效果最好，經(jīng)處理后COD去除率可達(dá)96.07％。

1.2 化學(xué)處理法

化學(xué)處理法是指通過物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)改變污染物的物理化學(xué)性質(zhì)，使其降解成大分子顆粒物，進(jìn)而從廢水中去除的目的。在化學(xué)處理法中研究較多的是高級(jí)氧化法和電化學(xué)法。

高級(jí)氧化法（AOP）是由Glaze等首次提出，是利用羥基自由基（?ＯＨ）的強(qiáng)氧化性，與水中污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而將污染物從水中去除。本文主要介紹高級(jí)氧化法中臭氧氧化法，F(xiàn)enton試劑氧化法和光化學(xué)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(jī)物。另一種是通過臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基（?ＯＨ），利用強(qiáng)氧化性，使污染物發(fā)色基團(tuán)中的不飽和鍵斷裂。盧昶雨等通過對(duì)３種不同模擬廢水連續(xù)通30min臭氧處理測(cè)定吸光度，結(jié)果表明臭氧氧化對(duì)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(jīng)臭氧／微電解處理后的出水效果，處理水質(zhì)較好，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

Fenton試劑氧化法是指H₂O₂在Fe²⁺離子的催化下，具有強(qiáng)氧化作用，利用Fenton試劑氧化法可將廢水中的有機(jī)污染物氧化去除。張曉東等將Fenton試劑法與混凝法相結(jié)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)處理后COD與濁度去除率可達(dá)51.22％和79.17％。程然將Fenton試劑氧化法與生物法聯(lián)用處理印染廢水，取得較好出水水質(zhì)。

光化學(xué)氧化法是通過氧化作用和光催化協(xié)同促進(jìn)反應(yīng)速率和氧化能力的一種水處理技術(shù)。光化學(xué)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(chǎn)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(zhì)較好。

電化學(xué)氧化法根據(jù)氧化原理分為兩個(gè)過程，一是通過陽極直接將污染物氧化為無害物質(zhì)，二是通過陽極產(chǎn)生可變價(jià)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(zhì)。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(zhuǎn)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(yùn)行費(fèi)用高，一般應(yīng)用于廢水深度處理。

生物的代謝作用，將廢水中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。厭氧生物法同時(shí)適用于不同濃度廢水，對(duì)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(yīng)用好氧－厭氧技術(shù)的主要原理是利用好氧作用和厭氧作用相結(jié)合，通過生物降解作用協(xié)同處理廢水中難降解有機(jī)污染物，并且厭氧反應(yīng)能降解部分有機(jī)酸。宋夢(mèng)琪等對(duì)聚乙烯醇PVA）印染廢水先進(jìn)行厭氧階段的水解酸化過程，后進(jìn)行好氧處理，結(jié)果表明經(jīng)水解酸化后的印染廢水通過好氧處理后出水水質(zhì)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(jìn)展

活性炭是將有機(jī)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(shù)細(xì)小空隙，因此具有優(yōu)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(shí)具有強(qiáng)親水性，限制了大分子及疏水性染料在活性炭?jī)?nèi)部的擴(kuò)散。因此活性炭吸附法對(duì)中低分子和水溶性染料吸附性較好，對(duì)于大分子和疏水性染料吸附性能較差。因此單獨(dú)使用活性炭法處理印染廢水的效果并不能滿足我們對(duì)水質(zhì)的要求，采用組合工藝可提高出水質(zhì)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(xué)氧化－活性炭法，臭氧－活性炭法和微波－活性炭發(fā)。

2.1 化學(xué)氧化－活性炭法

化學(xué)氧化－活性炭法是將化學(xué)氧化法和吸附法相結(jié)合，先利用氧化法將印染廢水中的有機(jī)污染物氧化成無機(jī)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(xué)氧化法的作用機(jī)理則是先通過活性炭的吸附作用，將印染廢水中有機(jī)污染物轉(zhuǎn)移到活性炭表面，維持有機(jī)污染物的高濃度，在活性炭表面與污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，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(shí)驗(yàn)對(duì)比Fenton試劑氧化和活性炭組合處理印染廢水，結(jié)果表明Fenton氧化和活性炭組合處理印染廢水脫色率可達(dá)90.1％，相對(duì)于單獨(dú)Fenton和單獨(dú)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(shí)處理印染廢水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明同時(shí)處理時(shí)出水水質(zhì)最好，這可能是活性炭和Fenton試劑之間的協(xié)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(shù)。臭氧具有強(qiáng)氧化性和促進(jìn)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(jī)污染物，促進(jìn)水中部分膠體和可溶性有機(jī)物絮凝沉淀，同時(shí)臭氧使廢水中有機(jī)污染物通過開環(huán)和斷鏈氧化成小分子物質(zhì)，更易被活性炭所吸附，并產(chǎn)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(yōu)勢(shì)的同時(shí)協(xié)同作用，提高出水水質(zhì)。馮?J等［２５］通過采用活性炭催化臭氧氧化對(duì)印染廢水進(jìn)行深度處理，取得較好處理效果。沈擁軍等人通過對(duì)甲基紅模擬印染廢水采用臭氧／活性炭聯(lián)用工藝處理，利用正交實(shí)驗(yàn)研究臭氧流量、廢水溫度、ｐＨ和活性炭投加量對(duì)處理效果的影 響，結(jié)果表明最佳運(yùn)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(duì)比實(shí)驗(yàn)表明臭氧－活性炭法處理效果優(yōu)于單獨(dú)使用臭氧和單獨(dú)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(jié)合的新型處理工藝，微波具有很強(qiáng)的穿透能力，使廢水中的極性分子高速旋轉(zhuǎn)達(dá)到熱效應(yīng)，產(chǎn)生的高溫使得有機(jī)污染物降解成無機(jī)物，并通過活性炭的吸附作用吸附去除。同時(shí)微波的非熱效應(yīng)可以加快有機(jī)污染物分子鍵的斷裂，提高有機(jī)污染物的去除率并且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。陳紅英等采用微波處理法和活性炭吸附法協(xié)同處理模擬印染廢水，結(jié)果表明出水水質(zhì)良好，并且通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明二者聯(lián)合處理印染廢水優(yōu)于單一處理方法。陳俊平等通過微波強(qiáng)化作用，促進(jìn)Fenton－活性炭法處理印染廢水，處理效果良好，經(jīng)處理后出水COD和色度去除率可達(dá)73.7％和93.2％。

３ 結(jié)語

印染廢水變化無常，成分復(fù)雜，在工業(yè)廢水中屬于難治理一類，需要根據(jù)印染廢水的組成及物化性質(zhì)，綜合考慮各種處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合適的組合工藝進(jìn)行處理。但由于印染染料之間的差異和印染廢水本身的復(fù)雜性，活性炭工藝技術(shù)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(bǔ)自身不足，提高去除率，將對(duì)環(huán)境的影響降到最低。