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纺织工业废水处理技术运用

摘要:纺织工业废水来源于行业内部的各个环节,废水有机物浓度大、成分复杂、水质变化大。本文介绍了纺织废水中存在的物质及带来的危害;然后探讨了由物理、化学、生物和联合工艺对目前纺织废水的处理技术现状;同时讨论了未来对纺织废水的处理前景。

关键词:纺织废水;危害;处理技术

纺织品废水中通常包含各种化学物质,例如染料(即偶氮染料,三苯甲烷染料,蒽醌染料,亚硝基染料,黄嘌呤染料,酞菁染料,聚次甲基染料和靛类染料)和无机化合物(金属)[1]。高色密度,高难降解有机物和pH值,高盐度和浊度的特征使纺织品废水成为要处理的污染最严重的水。大多数染料都属于偶氮基团,这些偶氮基团通常具有很高的稳定性,并对环境生态系统具有致癌作用。因此,纺织废水的处理技术成了近些年的研究热点[2]。

1物理化学处理技术

1.1光降解

合成纺织废水中亚甲基蓝(MB)染料的光降解潜能,利用TiO3/GO复合物用于有效的处理,所获得的MB最高降解率为95%,并在TiO3/GO为1:2剂量比,3小时的紫外线照射下,pH值为9.0、5mg/L的MB浓度和0.5g/L的复合材料的MB浓度时,可获得最佳降解速率。但是,这种处理技术存在缺点,在光降解过程中会产生MB副产物,所以建议应进一步进行生物处理;在另一项研究中,专家们使用等离子光催化剂将纺织染料氧化,设计了一种以ZnO为半导体,银纳米颗粒为等离子体基的复合等离子体激元光催化剂。与仅使用ZnO相比,该研究的反应速率常数提高了54%。

1.2高级氧化技术与臭氧

高级氧化工艺基于臭氧的过程,光化学过程,光芬顿过程和电化学过程的性能。认为先进的氧化工艺是纺织品废水修复中最有前途的处理技术。使用Fenton(零价铁和过氧化氢)技术进行纺织品染料处理的研究,该研究在pH值为3时,H2O2=24.3mM,SZVI=2000mg/L下分别实现了76%,71%和96%的COD,TOC和颜色去除,并获得了最佳去除效率。这项研究最终导致废水的毒性显著降低,从60%降低到20%,和生物降解性的提高,从0.22到0.40;在另一项研究中,有人通过臭氧-芬顿(O3/H2O2/Fe2+)组合氧化工艺去除了分散蓝79。该研究在150mg/LH2O2、20mg/LFe2+,60分钟反应时间和288mg/L臭氧流速下实现了85%的COD去除率;有研究将催化臭氧化作为降解纺织品废水的一种方法,将Cu改性ZnO以增强氧化活性,获得的结果表明在pH值为7的30分钟内可实现89%的COD去除率。

1.3电化学

电化学氧化主要由过氧化物凝结,Fenton电化学和阳极氧化过程组成。通过处理效率比较得出,最佳的处理方法是电凝和Fenton技术相结合。经过优化的过程可达到100%的颜色,100%的浊度和97%的TOC去除率;研究了通过电化学降解去除偶氮染料刚果红(CR)的方法。利用在玻璃碳电极(GCE)上制备的氧化石墨烯(GO)纳米颗粒作为创新的CR处理方法。通过研究,他们发现了一种较好的去除办法。

1.4混凝-絮凝

选择有机混凝剂和无机凝结剂硫酸铝。研究结果表明,有机凝结剂的去除效率高于硫酸铝。该研究还发现pH是影响凝结效率的关键因素;在另一项研究中,有人使用三种类型的混凝剂(聚硫酸铁,PFS/FeSO4-和加气的PFS/FeSO4-)研究了纺织品废水中Sb(V)的去除。根据实验数据,加气的PFS/FeSO4-在pH5-6时可实现94%的最高Sb(V)去除率,磷酸盐的存在通过形成磷酸盐Sb(V)配合物导致了Sb(V)还原的增强。得出的结论是,在使用充气的PFS/FeSO4-吸附Sb(V)的过程中,形成了内层表面复合物,并进一步提高了去除效率。1.5吸附活化过程的基本原理是增加砂的表面积和负电荷,从而提高吸附能力。使用不同的接触时间(3-30min)和吸附剂量(12.5-100g)进行了批量吸附研究,以使用Lagergren的拟一阶,二阶和粒子内扩散模型进行动力学研究,研究了染料的去除动力学。研究得出结论,拟二阶模型拟合效果最好,相关系数最高(R2>0.995),并表明碱活化砂可以用作纺织工业中具有成本效益的吸附剂;Xu等人提出了活性炭和催化臭氧化工艺结合,以提高织物废水的处理效率。报告得出最佳的31%的化学需氧量和99%的色度去除率。分别是在100mg/L的浓度,15.7分钟的接触时间和2.9的气液比下进行研究,还发现通过气相色谱-质谱法分析可100%去除废水中的挥发性酚,硫化物和苯胺。

2生物法处理技术

2.1真菌过程

真菌菌株黑曲霉真菌表现出98%的酸性染料去除效率以及显著的脱色能力。因此真菌菌株曲霉可以作为废水处理中有前途的生物吸附剂,并调节染料溶液的pH值可以进一步提高整体性能;有人利用丝状真菌碳曲霉M333(AC)和青霉菌Pg1(PG)达到了真正的纺织工业废水的脱色和有机物去除的目的。建立了分批和连续进料的填充床生物反应器,以研究COD的去除和脱色效率。结果表明,连续流生物反应器能够实现79%的脱色和68%的COD去除效率。间歇式反应器分别达到98%的脱色率和70%的COD去除率。得出的结论是就COD和脱色效率而言,与AC相比,PG真菌是最有效的处理方法;还有利用丝状真菌处理超滤膜处理了真实的纺织品废水,根据3、5和9天的生长期测量了真菌的生长,研究结果表明脱色率达到91%,使用真菌的超滤膜可减少73%的COD。

2.2藻类

利用原核藻类和真核藻类的生物吸附能力研究了对酸性红(一种常见的纺织染料)的去除效果,研究了各种操作参数。总体而言,结果表明在pH为2的条件下使用99%染料的藻类进行吸附去除可以实现最大的染料生物吸附率。此外,通过等温线和伪二级动力学模型来确定生物吸附动力学。得出结论,动物藻是用于纺织品废水处理的最有前途的生物吸附剂;从生物量的产生,重金属的还原,使用六种不同的微藻菌株(绿藻科)的脱色研究了纺织品废水的处理。观察到大量重金属(Cu,Pb,Al,Se和V)的还原和脱色效果来看,得出的结论是,微藻生物质的回收与纺织废水的处理相结合,是一种有前途且可持续的生物燃料开发方法,可以抵消营养丰富的废水的负面影响;使用电微藻栅藻降解了偶氮染料。通过将氧化石墨烯纳米片与绿藻栅藻偶联,生产了新型的氧化石墨烯和基于藻类的可持续纳米复合材料。结果表明,该仿生纳米复合材料在可见光下150分钟内成功去除90%的DR31染料。将GO薄层与藻类结合使用可提高脱色效率并改善脂质生产。这种生物纳米复合材料是一种纺织品水处理的替代解决方案,它是一种可重复使用,经济且环保的方法。

2.3细菌过程

使用新型的微需氧细菌群落处理了包含27种染料的生纺织品废水,结果表明,在37°C下反应32小时,可实现98%的COD和88%的染料去除。并且该细菌群落可作为一种有前景的纺织品废水污染的土壤处理方法;还有通过分离细菌菌株调查了导致纺织品废水脱色的主要细菌种类。已使用16SrDNA测序分析,得出结论,细菌分离物TS20是去除纺织废水中颜色最主要的细菌种类;有研究从纺织废水中分离出的三种细菌分离株(芽孢杆菌AZ28,蜡状芽孢杆菌AZ27和粪便产臭杆菌AZ26)对超级黑G染料(NSB-G)的修复。该研究在96小时后于37℃,pH值为8的条件下基本去除了90%的NSB-G染料,结果还表明,添加500mg/L的NSB-G染料可实现细菌的最佳生长。

3组合技术

高级氧化工艺和生物处理相结合的方法去除废水中的染料是由H2O2的高级氧化工艺和嗜水气单胞菌SK16的生物处理组成。单独的处理对活性黑5,雷马素红(RR)和活性红180(RR180)具有的72%脱色;组合处理显示出所有上述染料具有100%去除。RR180的单个过程和组合过程的COD和BOD去除分别为78%和68%,RR分别为42%和47%;在另一项研究中,有使用ZnO/UV和TiO2/UV光催化技术,通过集成的生物工艺处理工业纺织品废水,该研究产生的有机碳总量>80%,脱色率达到98%,TiO2/UV和生物处理相结合表现最好,TOC去除率达到63%,脱色率达到97%。降解机理主要由矿化和异质光催化过程组成。最后,开发了一种厌氧-好氧生物处理的组合工艺来处理纺织品废水。该组合系统由厌氧和好氧顺序分批反应器组成,并具有令人满意的去除效率:COD达到99.5%,色度78.4%和99.3%。该系统的其他好处包括产生3.51±0.30L/Ld的沼气。

4结论

讨论了物理,化学(即吸附,高级氧化过程和凝结絮凝等),生物处理和组合处理有关的各种应用研究。讨论的文献表明了COD去除,染料降解和色度去除等相关的各种处理效率,这些数据都在文中有体现出来。此外,建议未来的研究需要集中在参数优化和组合纺织品处理工艺的实用性上,以及在未来纺织工业环境中的研究替代和优化处理系统的可行性,特别要注意完整性、效率和处理过程。

参考文献:

[1]张悦.印染废水处理技术的研究进展[J].纺织科学与工程学报,2020,37(3):102-109+116.

[2]刘路.纺织印染废水处理技术研究现状及进展[J].上海工程技术大学学报,2017,31(2):174-177+182.

作者:赵军 单位:山东碧清检测技术咨询服务有限公司

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