【集萃網觀察】摘要:重點介紹了幾種吸附材料在印染廢水脫色中的應用和發(fā)展,從工藝角度分析了各種脫色材料的優(yōu)缺點和實際應用情況。綜述了在以廢治廢方面利用工業(yè)廢渣、廢棄蛋白等處理印染廢水的一些研究成果和吸附劑的發(fā)展趨勢。
關鍵詞:印染廢水;吸附劑;脫色;以廢治廢
中圖分類號:ＴＳ199 文獻標識碼:Ａ 文章編號:1673-0356(2007)04-0056-02
印染廢水成分復雜、色度大、濃度高,含有的難降解物質多。它所包含的染料主要有親水性的直接染料、酸性染料、活性染料及疏水性的還原染料、硫化染料、分散染料等。這些染料品種繁多,結構復雜,造成印染廢水含有多種具有生物毒性或三致性能的有機物。而且有機物質之間還具有協(xié)同增強的作用。因此印染廢水的脫色是廢水處理的主要問題。
目前常用的印染廢水脫色方法有吸附法、絮凝法、氧化法、電解法以及生化法等。本文重點對近年來吸附方面所用的一些吸附劑及其研究的一些新進展作一介紹。
1 幾種吸附劑的應用
吸附法主要是利用活性炭、黏土等多孔物質(粉末或顆粒)處理廢水,使廢水中的污染物質吸附在多孔物質表面或被過濾除去。吸附劑主要包括可再生吸附劑,如活性炭、離子交換纖維等;不可再生吸附劑,如天然礦物、膨潤土、硅藻土、工業(yè)廢料(如煤渣、鐵屑、粉煤灰等)以及天然廢料如木炭、鋸屑、殼聚糖、廢棄蛋白原料等。
1 1 活性炭吸附劑
活性炭吸附劑是由動物性炭、木炭、瀝青炭等含炭為主的物質經高溫炭化和活化而成。活性炭具有很大的比表面積,是一種優(yōu)良的吸附劑,在水處理工業(yè)中廣泛應用,至今仍是廢水脫色的最好吸附劑。近年來,國內外都進行了很多的研究工作。
賈冰玉等人研究了用活性炭纖維去除水中直接深藍Ｌ 3ＲＢ染料以及活性炭的再生問題。他們應用紅外及可見分子吸收光譜法研究了活性炭纖維(ＡＣＦ)對直接深藍Ｌ 3ＲＢ(ＤＤＢ,Ｃ.Ｔ.Ｄｉｒｅｃｔ.ｂｌｕｅ.Ｔ1)的吸附行為。用電化學法研究了ＤＤＢ飽和吸附后,ＡＣＦ再生的可能性,發(fā)現ＡＣＦ最佳吸附條件為ｐＨ=5,以2%ＮａＣｌ水溶液支持電解液,用銅棒和石墨棒分別作陰極和陽極,陰極區(qū)ＡＣＦ再生率達95%。
目前,國外的活性炭吸附多用于三級處理。該法對處理水中的溶解性有機物非常有效,國外學者研究活性炭對印染廢水的處理[2],結果表明,活性炭對水溶性染料的吸附率、ＢＯＤ去除率、ＣＯＤ去除率分別達到93%、92%和63%,活性炭吸附ＣＯＤ能達到500ｍｇ/ｇ炭。如果對污水先進行曝氣,則會加快吸附速率;但如果廢水ＢＯＤ5>200ｍｇ/Ｌ,采取這種方法則是不經濟的。ＩｄｉｌＡｒｓｌａｎ Ａｌａｔｏｎ用顆�；钚蕴可疃忍幚斫浬镅趸蟮挠∪緩U水,在ｐＨ值<7時,ＣＯＤ、ＴＯＣ的去除率大大提高;如果活性炭和Ｏ3氧化體系結合使用效果更好,ＣＯＤ由原液的224ｍｇ/Ｌ降到了131ｍｇ/Ｌ,ＴＯＣ從58ｍｇ/Ｌ降到了42ｍｇ/Ｌ,色度去除完全[3]。雖然活性炭的吸附效果很好,但它一般只適用濃度較低的廢水和深度廢水處理。對于染色廢水,顆粒狀活性炭只能吸附水中可溶性染料(如陽離子染料、酸性染料、活性染料等),而對懸浮狀不溶性染料的去除效果則很差,加之活性炭再生費用較高,使活性炭吸附法的應用受到限制。
1 2 改性礦土和合成樹脂吸附劑
天然粘土資源豐富,價廉易得,采用粘土、改性粘土及其他天然礦石處理印染廢水也有廣泛的研究。膨潤土的主要成分是蒙脫石,蒙脫石具有負電性,可吸附交換陽離子和極性分子。它的比表面積非常大,具有很強的吸附性,但天然膨潤土對有機染料的吸附脫色效果并不好。因此國內外都將注意力集中在對膨潤土的改性研究上。
改性膨潤土的比表面積增大(例如酸性膨潤土),孔隙多,結構疏松,大大提高了其對有機物的吸附和離子交換能力。樓文斌用不同改性膨潤土對活性艷藍Ｘ ＢＲ、活性艷橙Ｘ ＧＮ和直接耐曬藍Ｂ2ＲＬ三種染料吸附脫色效果進行了研究,確定出了一種膨潤土的改性工藝條件,并研究了改性膨潤土用量對染料的吸附脫色效果的影響。結果表明,上述三種染料脫色效果與膨潤土的改性條件及改性處理液的ｐＨ值有很大關系,該改性膨潤土對印染廢水中的藍色和紫紅色染料都有較好的脫色效果,脫色率達90%以上。許坤等人通過對凹凸棒石粘土脫色效果的系統(tǒng)研究,發(fā)現粉末狀凹凸棒石粘土對水溶性陽離子染料有良好的脫色效果,當陽離子染料起始濃度為100ｍｇ/Ｌ時,平均脫色率為98 9%。
硅藻土也是一種優(yōu)良的多孔性吸附劑,其來源豐富,價格低廉,性質穩(wěn)定,其表面有大量硅羥基基團,能更好地實現光生空穴的捕獲,抑制電子 空穴對的結合。何媛媛等人以Ｔｉ(ＳＯ4)2與硅藻土為原料,采用浸漬法制備ＴｉＯ2硅藻土復合光催化劑,該催化劑既有較高的紫外光催化活性,也有良好的吸附性。在160Ｗ的紫外光照射,光催化劑用量為1ｇ/Ｌ,反應時間為30ｍｉｎ的條件下,利用該催化劑處理濃度為20ｍｇ/Ｌ的亞甲基藍水溶液,脫色率達96%。
沸石是自然界中廣為存在的一種硅鋁酸鹽礦物。它特殊的四面體骨架結構,使得天然沸石具有較大的表面積和較高的離子交換性。改性沸石對印染廢水的脫色率更好,脫色率高于90%,比天然沸石的脫色能力增大20倍以上。蛋白石頁巖是一種新型的吸附材料,它具有較發(fā)達的孔隙,孔隙的內表面積大,孔隙又分為大孔、中孔、微孔,蛋白石頁巖的這些物理特性決定了它具有一定的吸附作用。實驗證明,蛋白石頁巖對堿性玫瑰紅和堿性桃紅染料廢水的去除率達100%,效果很好。
此外,高嶺土也是一種吸附劑,經過長鏈有機陽離子處理的高嶺土能有效地吸附廢水中的黃色直接染料。
天然吸附劑價廉易得,對廢水中染料的去除率很高,有的天然吸附劑可直接用于廢水吸附效果良好,如硅藻土、蛋白石頁巖等;有些天然吸附劑經改性后對印染廢水的脫色率很高如膨潤土、沸石。因此天然吸附材料符合當前使用要求,應大力發(fā)展。
1 3 工業(yè)廢渣料
煉鋼、發(fā)電等工業(yè)生產過程中,會產生大量的固體廢棄物,但其利用率不到10%,這樣不僅會造成環(huán)境污染,而且浪費資源。近年來有許多研究者利用廢物廢渣等對印染廢水進行吸附脫色,取得了一定的效果。
王信東等人研究了化工廠的鈦白生產廢渣與粉煤灰復配體系對活性翠藍染料的脫色效果,利用廢渣泥中的廢酸對粉煤灰進行活化,增強了單獨使用廢渣或粉煤灰處理的效果。研究結果表明,當染料初始濃度為160ｍｇ/Ｌ,ｐＨ值為8時,在廢渣與粉煤灰質量比為2∶1,總質量為1ｇ,處理時間為2 5ｈ條件下,脫色率在90%以上,效果明顯。
發(fā)電廠的粉煤灰對難以生化降解的染料中間體二硝基氯化苯廢水的吸附處理效果較好,ＣＯＤ去除率達80%以上,色度去除率達90%以上,出水無色透明,可達標排放,同時處理后的粉煤灰可與粉煤摻合燃燒,實現了無害化處理,此法處理成本大大低于活性碳吸附法。有文獻報道了某紡織印染廠利用本廠電站排放的粉煤灰建立了處理該廠印染廢水的設施,用1ｔ粉煤灰可處理100ｍ3污水,處理后污水ｐＨ值為7,ＣＯＤ為51ｍｇ/Ｌ,ＢＯＤ5為4ｍｇ/Ｌ,硫化物為0 1ｍｇ/Ｌ,脫色率可達100%。
將粉煤灰和過氧化氫聯合處理印染廢水,脫色率達90%,ＣＯＤ去除率達70%,是一種良好的印染廢水脫色處理方法。實際應用的最佳條件為過氧化氫加入量為600ｍＬ/ｍ3,粉煤灰加入量為5ｇ,處理時間為50ｍｉｎ。由于過氧化氫是一種比臭氧或氯及其含氧化物價格便宜的化學氧化劑,并且無二次污染,因而利用粉煤灰的吸附性、過氧化氫的氧化性以及粉煤灰對過氧化氫的催化作用,對印染廢水處理,是一種以廢治廢,綜合治理的有效方法。
1 4 廢棄蛋白質
毛織物在加工過程中,常會有一些極短的羊毛蛋白纖維,不能用于紡織,常作為廢棄物丟掉。生產和生活中也有不少蛋白原料被廢棄(如絲綢廠脫膠處理后產生的廢絲膠,人們養(yǎng)的各種寵物身上脫落下來的毛),這樣不僅造成環(huán)境污染,而且使大量的寶貴蛋白原料流失。對這些廢棄蛋白原料進行適當改性也可以作為印染廢水的脫色劑,達到以廢治廢、變廢為寶的目的,此研究符合建設節(jié)約型社會的理念,具有很好的社會效益。Ｍ.Ｒａｄｅｔｉｃ等人以回用羊毛非織造材料作為酸性染料的吸附劑,探討了未處理、等離子體處理、殼聚糖處理以及等離子與殼聚糖聯合處理的非織造羊毛材料分別對酸性紅ＡＲ27(酸性紅Ｃ Ｉ 27)、酸性紅ＡＲ88(酸性紅Ｃ Ｉ 88)和酸性藍ＡＢ113(酸性藍Ｃ Ｉ 113)的染料吸附性能。研究發(fā)現,非織造回用羊毛材料能有效吸附印染廢水中的酸性染料,尤其是經殼聚糖處理的回用羊毛和經等離子體與殼聚糖聯合處理的回用羊毛非織造材料可大大提高對染液中酸性染料的吸附能力。但經低溫等離子體處理或經等離子與殼聚糖聯合處理的非織造回用羊毛材料對酸性藍ＡＢ113的吸附作用不明顯,有待于進一步深入研究。
作者在實驗室研究狗毛、雞毛經堿溶解后對酸性湖藍Ａ的脫色率分別達到91%、95%以上,其中雞毛溶解液對活性染料的脫色率在30ｍｉｎ內達95%以上。對分散染料、士林染料的脫色率竟達100%,脫色效果顯著。
2 結語
活性碳吸附劑是優(yōu)良的吸附劑,但因其費用高等因素限制了它的使用。用礦土、工業(yè)廢渣(廢棄物)、廢棄蛋白質吸附印染廢水,不僅脫色效果好,且有效利用了工業(yè)廢物,減少環(huán)境污染,無二次污染。廢鐵渣、粉煤灰處理印染廢水已在實際中有了應用,廢棄蛋白原料的工業(yè)化應用還處在實驗階段�？傊�,印染廢水脫色的有效吸附劑應朝著吸附效果好、天然無毒、可生物降解、成本低,尤其是利用廢棄物以廢治廢的方向發(fā)展。
作者：陳碧 王雪燕
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