利用物理法處理染料廢水的研究
目前，我國(guó)染料生產(chǎn)能力居世界首位，每年各種染料的產(chǎn)量已達(dá)90萬(wàn)t，同時(shí)，染料制備及印染行業(yè)屬于高能耗、高污染的行業(yè)。據(jù)估算，在使用過(guò)程中約10%～20%的染料會(huì)被排入水體，按此計(jì)算全世界每年隨廢水排放到環(huán)境的染料約6萬(wàn)t，而因產(chǎn)生的染料廢水約為7.5～15萬(wàn)t。
這類染料廢水具有顏色深、毒性大、COD 及BOD 值較高、組成復(fù)雜多變、排放量大、分布面廣、難降解等特點(diǎn)，若不經(jīng)處理直接排放，將會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重危害。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于染料廢水的處理研究十分活躍，根據(jù)處理方法不同可大致分為3類(表1)。
表1 染料廢水的各種處理方法
在實(shí)際的廢水處理過(guò)程中常用多種方法組合，以取得最佳效果。其中物理法是將污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移以實(shí)現(xiàn)凈化水體的作用，由于其不能將污染物消除，因此常常被作為染料廢水的預(yù)處理方法，以便從廢水中回收染料分子、降低鹽度及金屬離子含量，提高其可生化性。用于染料廢水處理領(lǐng)域的物理法包括：吸附法、膜分離技術(shù)及磁分離技術(shù)等。本文重點(diǎn)對(duì)物理法在染料廢水處理中應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)做一介紹。
1 吸附法
吸附法是指用多孔固體(吸附劑)將氣體或液體混合物中一種或多種組分積聚或凝縮在表面進(jìn)而達(dá)到分離目的的方法。工業(yè)上使用較多的吸附劑是活性炭、離子交換樹脂等，吸附特點(diǎn)和效果各有不同。近年來(lái)，各種吸附劑不斷被引入染料廢水處理的研究。
活性炭吸附法
活性炭吸附法是一種應(yīng)用較早的方法。該法對(duì)去除水中溶解性有機(jī)物非常有效，但它再生比較困難、處理成本較高，因此應(yīng)用面窄，一般可用于濃度較低的染料廢水處理或深度處理。近年來(lái)，很多科學(xué)家通過(guò)對(duì)活性炭吸附過(guò)程的進(jìn)一步了解，在吸附機(jī)理和活性炭預(yù)處理技術(shù)方面都取得了很大的進(jìn)展。Arami等對(duì)活性炭吸附模擬染料廢水進(jìn)行了研究，以直接藍(lán)78和直接紅3為處理對(duì)象，考察了活性炭投加量、初始染料濃度及鹽濃度對(duì)污染物吸附性能的影響。結(jié)果表明：活性炭對(duì)于染料的脫色效果良好，并通過(guò)線性擬合推導(dǎo)出其吸收速率符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，且吸附服從Langmuir模型。
G.M.Walker等研究了3種酸性染料在活性炭上的吸附行為，并研究了活性炭孔徑對(duì)吸收作用的影響，發(fā)現(xiàn)中孔較多的活性炭易吸附染料分子，這是由于中孔一方面對(duì)吸附有積極作用，另一方面也為吸附質(zhì)的擴(kuò)散提供了通道，同時(shí)Tamai Hisashi等也證實(shí)了這一結(jié)論。
活性炭吸附對(duì)于染料廢水的脫色、COD、BOD值的降低有很好的應(yīng)用前景，但也面臨著活性炭的再生困難、處理費(fèi)用偏高等問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于活性炭的再生也有諸多報(bào)道，主要包括高溫?zé)峤、溶劑溶解、生物降解、電化學(xué)再生及超臨界流體萃取等方法。這些方法目前都不完善，還存在炭流失量大、溶解效率低、生物降解難、處理費(fèi)用高及反應(yīng)條件苛刻等問(wèn)題，因此限制了活性炭吸附在染料廢水處理中的應(yīng)用。
樹脂吸附法
20世紀(jì)后期，隨著離子交換樹脂和吸附樹脂等功能材料的工業(yè)應(yīng)用，樹脂吸附法也被引入廢水處理領(lǐng)域，但是在染料廢水處理領(lǐng)域的研究和應(yīng)用相對(duì)較少。余穎用樹脂NKY對(duì)活性艷藍(lán)KN-R染料的吸附行為進(jìn)行了研究，并取得了較好的處理效果，陸朝陽(yáng)等也對(duì)此開展了研究工作，但目前對(duì)于樹脂吸附染料的機(jī)理研究尚不完善。Yu Ying等研究了活性染料在改性后樹脂上的吸附行為，實(shí)驗(yàn)表明，吸附過(guò)程符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，其吸附包括物理吸附和化學(xué)吸附，但以物理吸附為主，王中華也取得了相似的研究結(jié)果。
礦物及廢棄物吸附法
該法是利用天然礦物如黏土、礦石(蒙脫石、海泡石、海綿鐵等)及工業(yè)廢棄物(礦渣、煤渣)等物質(zhì)來(lái)吸附染料廢水中的有機(jī)物。這些物質(zhì)因其儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉，而引起了研究的熱潮。
Vimonses等研究了膨潤(rùn)土、高嶺土及沸石對(duì)剛果紅的吸附效果？疾炝宋絼┩斗帕俊⑷玖蠞舛、溶液酸度及反應(yīng)溫度對(duì)吸附過(guò)程的影響。結(jié)果表明，其礦石結(jié)構(gòu)不同，吸附行為也不同，但3種吸附劑對(duì)染料的吸附均遵循準(zhǔn)二級(jí)吸附方程。Konduru R.Ramakrishna將泥煤、鋼渣、粉煤灰等無(wú)機(jī)吸附劑對(duì)染料的吸附性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明鋼渣和粉煤灰對(duì)染料的吸附性能堪比活性炭。李虎杰等研究了酸化后的坡縷石黏土對(duì)陽(yáng)離子染料的吸附性能，發(fā)現(xiàn)吸附率可達(dá)到92%。謝治民等采用改性的海泡石吸附活性艷藍(lán)染料廢水，發(fā)現(xiàn)吸附60min后其脫色率達(dá)99%，吸附容量比活性炭高3～4倍。
膜分離法
膜分離法處理染料廢水，主要是利用膜的選擇性分離功能，對(duì)染料廢水進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)染料廢水中染料分子與水分子的分離，達(dá)到染料分子和鹽的回收及提高廢水可生化性能。
超濾與納濾
由于印染廢水中除了含有染料分子，還含有印染助劑、鹽、脂類等物質(zhì)，使得膜在處理印染廢水處理過(guò)程中容易造成堵塞、污染，故研究者多采用納濾-超濾結(jié)合的方法，以處理染料廢水。
Fersi C等將超濾作為納濾的前處理工序，進(jìn)行了印染廢水的處理研究，結(jié)果表明，二次處理增加了膜的通量，有利于廢水的脫色，其脫色率達(dá)95%，鹽截留率為80%，2種過(guò)濾方式的疊加保持了摩通量的穩(wěn)定，避免了膜污染的發(fā)生，大大增加了膜運(yùn)行的時(shí)間，提高了印染廢水的處理效率。叢瑋等也采用超濾-納濾雙膜工藝研究了對(duì)印染廢水的處理效果，通過(guò)研究壓力、運(yùn)行時(shí)間對(duì)膜分離性能的影響，得出如下結(jié)論，超濾膜作為納濾預(yù)處理的前期工序，能夠很好地去除溶液的濁度和部分COD，納濾能夠有效地去除各種鹽類，提高染料的回收率。
反滲透
反滲透技術(shù)用于處理分子量較大的電解質(zhì)及非電解質(zhì)污染物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于相對(duì)分子量>300的污染物都可以去除，而相對(duì)分子量在100～300之間的污染物的去除率可達(dá)90%以上。而染料分子多為復(fù)雜的有機(jī)大分子，其相對(duì)分子量一般在1 000以上。因此理論上，反滲透技術(shù)對(duì)染料廢水的處理應(yīng)該是高效的。范莉莉等采用反滲透技術(shù)對(duì)染料廢水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，處理效果明顯，COD去除率99.5%，色度由原來(lái)的4 500倍降至7倍。
該技術(shù)由于濃差極大和膜污染等問(wèn)題的存在，導(dǎo)致運(yùn)行滲透通量隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，同時(shí)膜的價(jià)格較貴，更換頻率較快，因此處理成本較高，阻礙了大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。
磁分離法是將物質(zhì)進(jìn)行磁場(chǎng)處理的一種新方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同磁性物質(zhì)的分離。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，國(guó)外就研究了磁分離方法，目前該方法的應(yīng)用已經(jīng)滲透到很多領(lǐng)域，并應(yīng)用于工業(yè)廢水及生活污水的處理。
印染廢水中的污染物多為弱磁性或反磁性物質(zhì)，不能通過(guò)磁力直接分離，應(yīng)投加磁種，并與污染物發(fā)生絮凝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分離。但染料很多是水溶性的，因此很難與磁種發(fā)生絮凝，需要對(duì)廢水中的染料進(jìn)行改性，改變其水溶性，從而實(shí)現(xiàn)與磁種的混凝而分離。
胡春光等以錳鹽、鐵鹽為原料，按照不同配比制備了磁性吸附劑，并用于對(duì)酸性紅B廢水的吸附。實(shí)驗(yàn)研究了Fe含量、pH 值對(duì)吸附效果的影響，發(fā)現(xiàn)Fe含量的增加有利于吸附的發(fā)生，同時(shí)酸性條件下的吸附效果優(yōu)于中性或堿性條件。同時(shí)通過(guò)磁分離技術(shù)可以有效地回收吸附劑。孫巍等也研究了磁分離技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用，并取得了良好的處理效果。此外，Chen等以Fe3O4為主體制備了鎂鋁雙氫氧化物的膠體微粒，并研究了對(duì)剛果紅染料廢水的處理。實(shí)驗(yàn)表明，此膠體微粒對(duì)染料有很好的吸附能力，同時(shí)吸附速率也很快，5min內(nèi)就可達(dá)到96%的吸附量。
發(fā)展趨勢(shì)
隨著科技的不斷進(jìn)步，一些新的廢水處理技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)，例如交聯(lián)吸附技術(shù)、超導(dǎo)高梯度磁分離技術(shù)、高效膜分離技術(shù)等。相信這些新技術(shù)的投入使用，會(huì)推動(dòng)染料廢水處理技術(shù)的新發(fā)展。
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