染料废水处理

       据美国C.I.(Color   Index)，目前染料已有数万种之多。我国是染料生产大国，纺织染料工业近年来快速发展，目前我国各种染料产量达 90 万吨，染料产量占世界60%左右。
       根据染料的不同特性可对染料进行不同的分类。
       根据染料的化学结构可将染料分为：偶氮染料、蒽醌染料、靛旋染料、硫化染料、菁染料、三芳基甲烷染料、杂环染料；
       根据染料染色时应用特性可将染料分为：直接染料、硫化染料、还原染料、酸性染料、酸性络合染料、反应性染料、冰染染料、氧化染料、分散染料、碱性染料；
       在环境工程领域经常根据染料分子在水溶液中解离出来的离子态而分为：阴离子染料，如直接染料、酸性染料；阳离子染料，如碱性染料；非离子型染料，如分散染料。
       离子型和非离子型染料中的发色基团大多都是含氮基团或者是蒽醌类，含氮基团中氮键的还原断裂容易在废水中形成具有毒性的胺，而蒽醌类的染料由于其中的芳香结构很难被降解从而使得这类染料废水更难脱色。
       活性染料是典型的发色基团中含有氮键的染料，发色基团和各种活性基团相连接，如烟磺基团、二氯均三嗪活性基团、乙烯砜基等，这类染料在染色和印花过程中，染料的活性基团与纤维分子形成共价键结合，使得染料和纤维形成一个整体，由于其色泽鲜艳、水溶性好、应用技术简单等优点，活性染料被广泛应用于印染工业。然而，含有这些水溶性的活性染料的废水也是最难处理的废水之一，传统的水处理工艺对这些染料处理效果不是很好。碱性染料由于其色泽非常鲜艳使得水中碱性染料浓度即使很低时，水体的色度也非常高。含有重金属的染料大都含有铬，而铬具有致癌性。分散染料在溶液中不以离子形式存在，许多分散染料具有生物积累性，且分散染料化学结构稳定，生物可降解性差，因此，传统的水处理生物处理系统对分散染料的去除效果很差。
       特点和处理现状
       1、废水中的有机物绝大部分是以苯、萘、蒽、醌等芳香团作为母体，且带有显色基团，颜色很深，色度达 500~500000，有很强的污染性。
       2、由于生产过程及分子结构的需要，染料物质及中间分子往往含有极性基团，增强了水溶性，使物质流失量大。废水中通常含有许多原料和副产品，如卤化物、硝基物、氨基物、苯胺、酚类等系列有机物和氯化钠、硫酸钠、硫化物等一些无机盐，浓度高，毒性大，一般  COD 可达  1000~73000mg/L 。
       3、染料废水多呈酸性，也有的呈碱性，一般含盐量都很大。
       4、由于人们对五彩缤纷的色彩需要越来越高，染料的品种越来越多，并朝着抗光解、抗氧化、抗生物降解的方向发展，使得这些废水越来越难以用一般的水处理系统处理。
       5、在印染工业中往往根据不同的纤维原料和产品需要使用不同的染料、助剂和染色方法，加上各种染料的上色率不同和染液的浓度不同，使产生的染色废水水质变化很大。染色废水的色泽一般较深，且可生化性差，此外，在印花工艺中废水中除含有大量染料、助剂外还含有大量浆料，因此废水的BOD5和 COD都比较高。
现状：
       染料不但具有特定的颜色，而且结构复杂，以高分子络合物为多，结构很难被打破，生物降解性较低，大多都具有潜在毒性，在环境中的归趋依赖于很多未知因子。加之染料生产具有品种多、批量少、更新快的特点，致使染料废水难找到行之有效的处理方法。
膜分离法：
       利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称，常用的方法有渗析、电渗析、超滤和反渗透，其中浓缩液可用于染料回收，透过液也可回用。既可以实现废水的有效处理也使得染料不随排水流失，又不会造成水质污染。但由于浓差极化、膜污染及膜的价格较贵，更换频率较快，使处理成本较高。
萃取法：
       采用与水不互溶但能很好溶解污染物的萃取剂，使其与废水充分混合触后，利用污染物在水和溶剂中不同的分配比分离和提取污染物，从而净化废水，有溶液萃取、电泳萃取、液膜法等。研究表明，在阳离子十六烷基三甲基溴胺表面活性剂存在下，阴离子甲基橙从水中得到有效地分离；在阴离子十二烷基苯硫酸盐表面活性剂存在下，戊基乙醇作为萃取溶剂，阳离子亚甲基蓝也得到有效分离。但在实际应用中存在萃取剂消耗量大，而且萃取物分离比较困难，吨水处理成本高，无法大水量连续处理等缺点
辐射法：
       常用的处理染料废水的方法。微波辐射用于消除有机污染物是80 年代后兴起的一项新技术，微波位于电磁波谱的红外辐射和无线电波之间，微波仅对液体中的极性分子起作用，能使极性分子产生高速的旋转碰撞产生热效应，改变体系的热力学函数，降低反应的活化能和分子的化学活性，该技术存在的主要难题是用于产生高能粒子的装置昂贵、技术要求高，而且该法的能耗大、能量利用率较低，为避免辐射对人体的危害，还需要特殊的保护措施。因此该法要投入运行，还需进行大量的研究探索工作。
       此外，还有氧化法，利用光和特定的催化剂产生强烈的氧化作用氧化分解废水中有机物的化学方法。混凝法主要有混凝沉淀法、混凝气浮法。
       近年来，针对传统的混凝药剂处理效果不理想等缺点，国内外开发、研究和应用无机或有机高分子混凝剂日益增加。李春华等人对混凝剂在印染废水中的应用作了详细的介绍。铝盐和铁盐等无机混凝剂，对分散染料、硫化染料等以胶体或悬浮状态存在于废水中的染料有良好的混凝效果，但对酸性染料、活性染料、阳离子染料等水溶性染料的混凝效果较差；高分子碱式氯化铝和聚丙烯胺的混凝效果优于无机盐混凝剂；有机絮凝剂用量少，絮凝速度快；微生物絮凝剂无毒、无害、易于固液分离。邱荷香等采用水解酸化—A/O—化学混凝沉淀法处理此类废水，各项污染物的去除率高，有较强的耐冲击负荷能力，处理效果稳定，处理费用较低。混凝法工艺流程简单，操作管理方便，设备投资省，占地面积小，对疏水性染料脱色效果很高。但该法运行费用较高，泥渣量多且脱水困难，对亲水性染料以及对水体中其他可溶性N、P 化合物去除率差，需开发新型高效混凝剂。
生物法：
       利用污染物为微生物的营养源，是实现污染物减量化、无害化的理想手段。常见的生物法有活性污泥法、生物膜法及固定化微生物(酶)技术等。国内外从20 世纪 80 年代末 90 年代初开始用固定化细胞技术进行印染废水脱色研究，通过将活性污泥中分离、筛选出来的优势菌种加以固定，组成一个快速、高效、连续的废水处理系统，脱色率在 80%以上，CODcr的去除效果良好，预示着固定化细胞技术在处理印染废水方面具有广阔的应用前景。生物法在染料废水中的应用最为广泛，生物法具有处理效果好、运行费用低等优点。但由于技术方面的原因，该法运行不稳定，适用性不广，受外界因素的影响较大，在实际应用中受到了一定程度的限制。
吸附法：
       能够选择性地富集某些化合物的特性在废水处理领域有着特殊的地位。吸附是指固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，当某些物质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上。染料废水的吸附脱色有两种机理：吸附和离子交换，吸附效率受很多理化因素的影响，如染料—吸附剂的相互作用、吸附剂的比表面积、吸附剂的颗粒尺寸、温度、pH值和吸附时间等。
（1）活性炭吸附法
       活性炭作为一种优良的吸附剂已经广泛地用于染料废水的脱色，活性炭能去除各种染料的颜色，处理效果取决于活性炭的类型和染料废水的特性，增大活性炭用量可提高吸附率。活性炭价格较高，使它的应用受到限制，使用后的活性炭需要再生，再生的方法有高温和解吸液处理两种，再生会导致活性炭 10~15%的损失。
（2）矿物、废弃物吸附法
       自然界中的很多物质具有多孔结构，有良好的吸附性能，可用来处理染料废水。天然矿物主要包括各种黏土，矿石，煤炭等，一般储量都比较丰富，我国矿渣，炉渣，煤渣，粉煤灰等废物量也很多，成本更为低廉，因此这些无机吸附剂的应用前景比较广阔。曾秀琼用改性的天然膨润土吸附活性艳红X-3B，并与活性炭进行比较。
结果表明，两者对废水的脱色率都在90%以上。Konduru R. Ramakrishna等将泥煤、钢渣、膨润土、粉煤灰等无机吸附剂和活性炭对染料的吸附性能进行了比较，试验结果表明，钢渣、粉煤灰对酸性染料以及泥煤、膨润土对碱性染料的吸附效果可以和活性炭相媲美，而这四种吸附剂对分散染料的吸附效果都优于活性炭，这一结果为低成本的吸附剂走向工业化应用提供了科学依据。很多科学家对一些天然的原料和农业精制炭进行了进一步处理，并研究了这些物质的吸附行为，其中桉树皮、稻壳、竹子、麦杆、椰子壳、野草、木薯皮、花生壳、李子核、棕榈果等天然炭纤维经过处理后对染料都有很好的吸附效果。但是这些吸附剂吸附饱和后如何处置是有待解决的难点。找到一种行之有效的吸附剂可以更好的处理染料废水。
（3）吸附剂吸附法
       20 世纪后期,随着结构改良的离子交换树脂、吸附树脂和复合功能树脂的成功研制，树脂吸附法被广泛应用于化工废水的治理与资源化。江苏海普功能材料有限公司针对染料废水合成出具有不同物理化学特性的吸附剂来处理该类废水，并取得了良好的处理效果，该公司合成的吸附剂不仅能有效去除染料废水中的COD，还可以除去废水中的氨氮等指标，废水可以持续稳定达标排放。
行业客户需求
       染料废水的特性决定了该类无法通过传统的处理方法达到排放标准，因此可以使用海普功能材料开发的吸附法处理该类废水，以达到处理效果与经济成本的最优化是染料废水处理中的一个发展方向。
产生染料废水企业客户对废水处理的需要包括以下三点：
（1）高效、稳定的去除废水中的COD、色度等处理到排放限值以下；
（2）一次投资费用低、运行费用低、设备操作维护方便；
（3）工艺先进可靠、无二次污染。
       吸附工艺的原理是利用开发的特种吸附材料对要去除的组分或物质进行选择性吸附，当吸附饱和时，再利用特定的脱附剂对吸附材料进行脱附处理，使吸附材料得以再生，如此不断循环进行，吸附法处理废水常规工艺图见图4-1。

图4-1 吸附处理废水常规工艺图

       采用吸附工艺处理染料废水时，将废水预先过滤去除其中的悬浮和颗粒物质，然后进入吸附塔吸附，吸附塔中填充的特种吸附材料能将废水中的有机物吸附在材料表面，使出水COD等指标持续达标排放。吸附饱和后，先用稀酸溶液将吸附材料上的有机物脱附，有机物转移进入脱附液中，再用少量软水洗净残留在吸附材料表面的酸溶液，脱附液进行蒸发或者其他处理。水洗液含微量被吸附物，可用作配稀酸的稀释水用。吸附出水为COD低于排放限值的废水，可直接排放，或者回用于前端生产线。染料废水吸附处理工艺流程见图4-2。

图4-2 染料废水吸附处理工艺流程

5.工艺处理效果
       采用吸附工艺处理染料废水，可有效脱除废水中的COD，具体处理数据见表5-1~表5-2。

表5-1 废水吸附除吡啶数据

原水COD含量	出水COD含量	达标率
15600 mg/L	400mg/L	100%
15300mg/L	350 mg/L	100%
16000mg/L	420 mg/L	100%