李亞楠　南國(guó)英　代學(xué)民

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

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我國(guó)印染廢水深度處理技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

李亞楠南國(guó)英代學(xué)民*

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

本文闡述了我國(guó)近年來(lái)印染廢水深度處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀，針對(duì)印染廢水深度處理的物理技術(shù)、高級(jí)氧化技術(shù)和高級(jí)生物技術(shù)三個(gè)主要處理技術(shù)的工藝原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及發(fā)展方向進(jìn)行了論述，提出了我國(guó)印染廢水深度處理技術(shù)研究的發(fā)展趨勢(shì).

印染廢水；深度處理；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

0　引　言

我國(guó)是一個(gè)干旱缺水嚴(yán)重的國(guó)家，淡水資源僅占世界水資源的6%，人均水資源占有量?jī)H為世界平均水平的25%.隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新型工業(yè)化城鎮(zhèn)化步伐的增強(qiáng)，可用水的需求量不斷增加，水資源短缺和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾會(huì)越來(lái)越突出.因此，廢水的深度處理以及回用有利于解決當(dāng)前的緊張形勢(shì).

印染廢水主要包括：前處理廢水(前處理包括：退漿、煮煉、漂白和絲光)、染色廢水、印花廢水和整理廢水.據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)印染廢水的水量是國(guó)外的3～4倍，污染物含量為2～3倍[1].印染廢水通過(guò)深度處理可以應(yīng)用于工業(yè)或城市市政回用.目前，我國(guó)印染廢水的深度處理技術(shù)主要分為物理技術(shù)、高級(jí)氧化技術(shù)和高級(jí)生物技術(shù)三個(gè)方面.

1　印染廢水深度處理技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1物理技術(shù)

物理技術(shù)主要是通過(guò)物理方法對(duì)印染廢水進(jìn)行深度處理.目前我國(guó)的物理技術(shù)主要有吸附、膜分離、混凝、砂濾等方法.應(yīng)用中主要是以吸附、膜分離和混凝三種方法為主.

1.1.1吸附法

吸附法就是利用多孔性的固體吸附劑將水樣中的一種或多種組分吸附于表面從而達(dá)到分離的目的.印染廢水深度處理的吸附劑有活性炭、沸石、硅藻土、煤渣等，其中活性炭吸附的應(yīng)用十分廣泛.活性炭是用含炭為主的物質(zhì)作為原料，經(jīng)高溫炭化和活化制成的黑色疏水性吸附劑，它的吸附性能是由比表面積、表面基團(tuán)類型以及晶格間隙孔的孔徑、分布等有關(guān).因此，在印染廢水深度處理技術(shù)中，活性炭的選型十分重要.李欣玨等[2]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)活性炭吸附后的出水，其色度、濁度、懸浮物含量都可以降至較低的水平，但除鹽效果不好，而且活性炭在吸附過(guò)程中存在易于飽和、不易再生、造價(jià)高和易引發(fā)二次污染等不足.許榕等[3]研究發(fā)現(xiàn)，用活性炭作為深度處理的預(yù)處理，可以使反滲透膜的使用年限提高2～3倍，且出水水質(zhì)可以達(dá)到回用的標(biāo)準(zhǔn).所以根據(jù)印染廢水生化出水的水質(zhì)情況選擇合適的活性炭、將活性炭吸附法與其他方法組合在一起，降低造價(jià)，提高出水水質(zhì)、或者研究并開(kāi)發(fā)出可容易再生、無(wú)污染、低能耗、吸附性能強(qiáng)的吸附劑是未來(lái)的研究方向.

1.1.2膜分離

膜分離技術(shù)是指在分子水平上，由于分子的粒徑不同，在一定的傳至推動(dòng)力下通過(guò)半透膜時(shí)，實(shí)現(xiàn)選擇性分離的技術(shù).

印染廢水深度處理的膜分離技術(shù)有微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)等.其中，一般將MF、UF作為NF、RO的預(yù)處理單元，這樣可以避免在膜過(guò)濾過(guò)程中，水中的微粒、膠體粒子和溶質(zhì)大分子在納濾膜或反滲透膜的表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜堵塞，增加膜的使用年限.

阮慧敏等[4]利用集成膜分離技術(shù)對(duì)浙江某印染企業(yè)的印染廢水進(jìn)行深度處理，集成膜分離技術(shù)是由預(yù)處理系統(tǒng)(UF)、RO和清洗系統(tǒng)三部分組成.實(shí)驗(yàn)證明UF和RO的膜集成技術(shù)出水：pH為6～8、電導(dǎo)率小于30 μS/cm、COD小于10 mg/L、色度為1～2倍、濁度為0.該裝置的出水水質(zhì)完全符合回用水的要求.

膜分離技術(shù)具有出水穩(wěn)定、選擇性好、適應(yīng)性強(qiáng)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，但在使用過(guò)程中由于膜的技術(shù)流程問(wèn)題，易產(chǎn)生塑性形變、污染等問(wèn)題，因此必須定期檢查和清洗，這樣就導(dǎo)致后期運(yùn)營(yíng)成本的提高.陳士明等[5]研究發(fā)現(xiàn)，微絮凝直接過(guò)濾預(yù)處理可以有效改善超濾膜的污染情況，使印染廢水處理后的出水水質(zhì)達(dá)到回用的標(biāo)準(zhǔn).所以改變膜處理的運(yùn)行工藝，提高膜的使用壽命、與其他技術(shù)相結(jié)合將膜技術(shù)作為深度處理的末端裝置，降低造價(jià)，提高出水水質(zhì)或者研發(fā)出低成本、抗污染、壽命長(zhǎng)的膜材料是今后發(fā)展的主要研究方向.

1.1.3混凝

混凝技術(shù)就是通過(guò)某種方法(如投加化學(xué)藥劑)使水中膠體粒子和微小懸浮物聚集成大的顆粒物或者沉淀而被去除的方法，主要應(yīng)用于印染廢水的預(yù)處理、深度處理以及印染廢水回用工藝的預(yù)處理.

混凝機(jī)理主要有四個(gè)方面壓縮雙電層作用、吸附—電中和、吸附架橋作用和網(wǎng)捕—卷掃作用.影響印染廢水混凝效果的主要因素有水溫、pH值和染料品種，水溫和pH值可以通過(guò)人工的方式達(dá)到適當(dāng)?shù)姆秶虼巳玖掀贩N成為印染廢水深度處理混凝效果的主要影響因素，也是選擇混凝劑和絮凝劑的主要依據(jù).根據(jù)印染廢水不同的水質(zhì)情況選擇相應(yīng)的混凝劑，提高混凝效率、降低污泥排放量是混凝技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)，因此研發(fā)最優(yōu)的混凝劑是今后的研究方向.

1.2高級(jí)氧化技術(shù)

高級(jí)氧化技術(shù)就是利用物理手段、催化氧化技術(shù)或者各種手段的聯(lián)合使用，產(chǎn)生高活性、低選擇性的自由基，自由基的強(qiáng)氧化性可以直接將水中污染物氧化成二氧化碳、水和無(wú)害物，從而達(dá)到氧化降解污染物的目的.目前，印染廢水深度處理的高級(jí)氧化技術(shù)主要是光催化氧化法和臭氧氧化法.

1.2.1光催化氧化法

光催化氧化法是TiO2、ZnO、Fe2O3、Cu2O等n型半導(dǎo)體催化劑在UV的照射下，吸收光能，產(chǎn)生空穴，空穴和表面上的OH-、H2O發(fā)生氧化反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性且低選擇性的羥基自由基(·OH)，·OH可以打破染料分子變?yōu)闊o(wú)色的有機(jī)分子，再進(jìn)一步氧化為H2O、CO2和其他無(wú)機(jī)物質(zhì).

光催化反應(yīng)的主要影響因素有催化劑本身的濃度和結(jié)構(gòu)特性、溶液pH值和電子轉(zhuǎn)移三個(gè)方面.馮麗娜等[6]在深度處理低濃度印染廢水時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，TiO2/活性炭吸附體系的處理效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單獨(dú)使用TiO2或活性炭處理效果.

目前光催化氧化法的研究主要集中在TiO2為代表的非均相催化領(lǐng)域，程強(qiáng)等.[7]研究發(fā)現(xiàn)以稀土離子鈰離子為催化劑的均相催化反應(yīng)也可以有效降解有機(jī)污染物，而且成本低、操作方便.因此，拓寬催化劑的研究領(lǐng)域、將光催化氧化法與其他方法相結(jié)合，提高催化活性，解決催化劑的回收和二次污染等問(wèn)題是今后的研究方向.

1.2.2臭氧氧化法

臭氧氧化法的機(jī)理比較復(fù)雜，從目前的研究來(lái)看主要有兩個(gè)，一是臭氧直接氧化，效率低且具有選擇性；二是自由基間接氧化，分為臭氧自身分解產(chǎn)生·OH和·OH將有機(jī)污染物分解轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物或進(jìn)一步將礦化小分子有機(jī)物兩個(gè)階段.

單純的使用臭氧氧化技術(shù)存在成本高、臭氧在水中的溶解度低等不足，為此，目前常用的是把臭氧工藝與催化技術(shù)相結(jié)合，既能提高效率又能充分利用臭氧的強(qiáng)氧化性.陸洪宇等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在NiO/γ—Al2O3的催化作用下，色度的去除率提高了1.5倍，同時(shí)崔迪等[9]也研究發(fā)現(xiàn)，與單純的臭氧氧化法相比臭氧光催化氧化法加快了臭氧氧化進(jìn)程、提高了COD的去除率、改善了廢水的可生化性.因此，根據(jù)印染廢水的水質(zhì)情況投加合適的填料提高臭氧的溶解度、探索最優(yōu)催化劑加快臭氧與污染物的反應(yīng)速率是今后發(fā)展的研究方向.

1.3高級(jí)生物技術(shù)

高級(jí)生物技術(shù)就是利用微生物的氧化分解作用，將有機(jī)污染物最終轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物或各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及原生質(zhì).

1.3.1生物活性炭技術(shù)

生物活性炭(BAC)技術(shù)是以活性炭為載體，通過(guò)人工固定或富集的方式固定微生物，使其在活性炭表面形成生物膜，利用活性炭多孔和比表面積大的特性，吸附印染廢水中的污染物質(zhì)，再利用表面附著的微生物氧化分解作用，從而去除印染廢水中污染物質(zhì)，達(dá)到凈化印染廢水的功能.

孫根行等[10]研究發(fā)現(xiàn)，印染廢水經(jīng)過(guò)BAC處理后出水可用于廠區(qū)沖洗地面、綠化、沖廁和沖洗車輛等.萇道松等[11]研究表明活性污泥—活性炭反應(yīng)器對(duì)印染廢水的處理效果優(yōu)于真菌—活性炭反應(yīng)器和純活性炭反應(yīng)器.由此可見(jiàn)，生物活性炭技術(shù)的原理還應(yīng)進(jìn)一步研究，篩選優(yōu)良菌種，弄清生物間的作用和機(jī)制，進(jìn)一步提高出水水質(zhì).

1.3.2曝氣生物濾池

曝氣生物濾池(BAF)是利用反應(yīng)器內(nèi)濾料上所附生物膜中微生物對(duì)印染廢水中的污染物質(zhì)進(jìn)行處理，同時(shí)利用濾料粒徑較小和生物膜的生物絮凝特點(diǎn)對(duì)廢水中懸浮物進(jìn)行截留凈化，BAF沿水流方向在生物膜表面形成的有機(jī)污染物—細(xì)菌—原生動(dòng)物食物鏈分級(jí)捕食，完成對(duì)印染廢水的深度處理.它具有占地面積小、造價(jià)低、處理速度快且出水水質(zhì)高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，在印染廢水的深度處理中廣泛使用.

陸洪宇等[12]研究發(fā)現(xiàn)BAF在氣水比3∶1的條件下可實(shí)現(xiàn)對(duì)混合印染廢水的高效深度處理，其出水水質(zhì)完全符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn).同時(shí)龔鳴[13]研究發(fā)現(xiàn)間歇曝氣方式對(duì)印染廢水的深度處理效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于連續(xù)曝氣方式，因?yàn)殚g歇曝氣模式下，反應(yīng)器中輪流出現(xiàn)好氧—缺氧—厭氧的環(huán)境，有利于微生物分解有機(jī)污染物.因此，降低水頭損失與進(jìn)水水質(zhì)要求、優(yōu)化濾料、探索最佳反應(yīng)條件是今后的研究方向.

1.3.3膜生物反應(yīng)器

膜生物反應(yīng)器(MBR)是將膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)結(jié)合起來(lái)對(duì)印染廢水進(jìn)行深度處理的技術(shù).該技術(shù)提高了固液分離效率和生化反應(yīng)速率.膜生物反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)，但膜污染問(wèn)題是該技術(shù)的發(fā)展瓶頸.目前，除了傳統(tǒng)的膜生物反應(yīng)器外，還有海藻式膜生物反應(yīng)器、填料式膜生物反應(yīng)器等，主要是針對(duì)傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器膜污染問(wèn)題研發(fā)的，因此，降低膜污染、優(yōu)化膜生物反應(yīng)器是今后的研究方向.

2　印染廢水深度處理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

目前，我國(guó)印染廢水經(jīng)過(guò)各種深度處理后，出水可滿足排放或回用標(biāo)準(zhǔn)的要求，但往往廢水的處理成本較高，設(shè)備使用壽命短或造成二次污染等問(wèn)題.因此，今后我國(guó)印染廢水深度處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)如下：

(1)加強(qiáng)對(duì)各個(gè)處理技術(shù)的優(yōu)化.目前，每個(gè)技術(shù)還處在試驗(yàn)和研究階段，深度研究各個(gè)技術(shù)的運(yùn)行機(jī)理，探索實(shí)際運(yùn)行中的最佳技術(shù)參數(shù)，研發(fā)安全、無(wú)污染、可再生的技術(shù)材料.

(2)各工藝在排放生產(chǎn)廢水之前進(jìn)行預(yù)處理.印染加工過(guò)程中不同工序排出的廢水水質(zhì)、水量都不同，例如染色廢水，染色廢水的色度較大，可以在各個(gè)工序廢水混合之前通過(guò)物理法降低色度，減輕后續(xù)處理的負(fù)擔(dān).根據(jù)廢水特點(diǎn)對(duì)不同工序的排水進(jìn)行整合，制定最優(yōu)的廢水處理工藝.

(3)分質(zhì)回收利用技術(shù).各個(gè)企業(yè)應(yīng)根據(jù)企業(yè)自身工序情況，綜合考慮水質(zhì)和水量要求，如何對(duì)深度處理后的印染廢水進(jìn)行分質(zhì)回用.

(4)將物理技術(shù)、高級(jí)氧化技術(shù)和高級(jí)生物技術(shù)形成組合工藝并且優(yōu)化.組合工藝的目的在于彌補(bǔ)單一技術(shù)的不足充分發(fā)揮各組合單元的優(yōu)勢(shì)，降低成本，提高出水水質(zhì).

[1]陳紅,李響,薛罡,高品,劉振鴻,劉亞男.當(dāng)前印染廢水治理中的關(guān)鍵問(wèn)題[J].工業(yè)水處理,2015,10:16～19

[2]李欣玨.活性炭吸附對(duì)印染廢水生化出水中各類有機(jī)物去除特性研究[D].上海：華東理工大學(xué),2012

[3]許榕,劉魯建.活性炭深度處理印染廢水及再生技術(shù)[A].威世邦全國(guó)印染行業(yè)節(jié)能環(huán)保年會(huì)會(huì)議論文集[C]：2014

[4]阮慧敏,沈江南,阮水晶,陳志善.集成膜分離技術(shù)處理印染廢水工程實(shí)例及技術(shù)探討[J].水處理技術(shù),2011,37(8):127～129

[5]陳士明,劉玲.微絮凝直接過(guò)濾—超濾深度處理印染廢水試驗(yàn)研究[J].水處理技術(shù),20011,37(04):76～79

[6]馮麗娜,劉勇健.TiO2/活性炭光催化技術(shù)應(yīng)用于印染水深度處理的研究[J].應(yīng)用化工,2009,38(03):392～394

[7]程強(qiáng).光催化氧化還原降解染料廢水的研究[D].武漢：武漢紡織大學(xué),2015

[8]陸洪宇,馬文成,張梁,陳志強(qiáng).臭氧催化氧化工藝深度處理印染廢水[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2013,08(07):2873～2876

[9]崔迪,龐長(zhǎng)瀧,孔祥震,等.臭氧光催化氧化對(duì)印染廢水的深度處理研究[J].中國(guó)給水排水,2013,29(23):114～116

[10]孫根行,李敏,郭椙梓,張琳.印染廢水生物活性炭深度處理研究[J].水處理技術(shù),2011,37(02):106～109

[11]萇道松.生物活性炭技術(shù)對(duì)印染廢水的深度處理研究[D].河南：河南師范大學(xué),2012

[12]陸洪宇,馬文成,張梁,陳志強(qiáng).曝氣生物濾池深度處理混合印染廢水[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2013,07(07):2409～2413L[13]龔鳴.間歇式曝氣生物濾池深度處理混合印染廢水研究[J].水處理技術(shù),2015,41(06):83～86

Research Status and Development Trends of Technologies for Dyeing Wastewater Advanced Treatment in China

LI Ya-nan,NAN Guo-ying,DAI Xue-min

(Hebei University of Architecture,Zhangjiakou 075000,China)

The research progress in the advanced treatment of dyeing wastewater in recent years is first summarized in this paper.Then,the technological principle，advantages and disadvantages,and development directions are discussed,which are three main processing technologies of the advanced treatment of dyeing wastewater,namely,physical methods,advanced oxidation processes and advanced biotechnologies.At last,the development trends of dyeing wastewater treatment in China are put forward.

dyeing wastewater;advanced treatment;research status;development trends

2016-01-10

河北省科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(15273624)；河北建筑工程學(xué)院科研基金項(xiàng)目(Y-201318)

李亞楠(1993-)，女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樗廴究刂萍八|(zhì)安全;通訊作者：代學(xué)民(1972-)，男，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境污染控制與資源化研究.

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