印染废水脱色技术

印染废水脱色技术

印染废水是指棉、毛、化纤等纺织产品在预处理、染色、印花和整

理过程中所排放的废水。印染废水成分简单，主要是以芳烃和杂环化合物

为母体，并带有显色基团(如—N═N—、—N═O)及极性基团(如—SO3Na、

—OH、—NH2)。染料分子中含较多能与水分子形成氢键的—SO3H、

—COOH、—OH 基团如活性染料和中性染料等，染料分子就能全溶于废水

中；不含或少含—SO3H、—COOH、—OH 等亲水基团的染料分子以疏水性

悬浮微粒形式存在于废水中；含少量亲水基团但分子量很大或完全不含亲

水基团的染料分子，在水中常以胶体形式存在。 印染废水中还常带有以

下助剂：①中性电解质如NaCl、Na2SO4 等；②酸碱调整剂如HCl、NaOH

或Na2CO3；③外表活性剂；④膨化剂如尿素等；⑤胶粘剂如改性淀粉、

脲醛树脂、聚乙烯醇等；⑥稳定剂如磷酸盐等。印染废水成分简单、色度

大、COD 高，并向着抗氧化、抗生物降解方向进展，已成为我国各大水域

的重要污染源。当前，疏水性或不溶于水的染料废水脱色已根本解决，难

点在于很多亲水性或水溶性染料废水的脱色，而这也正是当前公认的较难

处理的工业废水之一。印染废水脱色主要是脱除废水色度即染料分子和

COD，现在广泛应用的脱色方法主要有以下几种。

1 吸附脱色

吸附脱色技术是依靠吸附剂的吸附作用来脱除染料分子的。通常采纳

的吸附剂包括可再生吸附剂如活性炭、离子交换纤维等和不行再生吸附剂

如各种自然矿物(膨润土、硅藻土)、工业废料(煤渣、粉煤灰)及自然废料

(木炭、锯屑)等。目前用于吸附脱色的吸附剂主要靠物理吸附，但离子交

换纤维、改性膨润土等也有化学吸附作用。

活性炭是第一个获得工业应用且讨论得最透彻的固体吸附剂。活性炭

微孔多、大中孔缺乏、亲水性强，限制了大分子及疏水性染料的内集中，

适用于分子量不超过400 的水溶性染料分子脱色，对大分子或疏水性染料

的脱色效果较差。由于分子间偶极和变形性(打算诱导偶极大小的主要因

素)有很大不同，致使物理吸附也表现出肯定的选择性，如活性炭对碱性

染料废水脱色率超过90%，而对酸性染料废水脱色率仅30%～40%。作为水

处理中广泛使用的絮凝剂，膨润土已被广泛用于印染废水脱色领域，近来

进一步研制成多种复合以及改性膨润土[37]。目前受到广泛注目的是离子

交换纤维，主要用于吸附重金属及色素[38]且比外表大、离子交换速度快，

易再生，对难处理的活性染料废水有很好的脱色效果；某些集吸附与絮凝

功能为一体的吸附剂如硅藻土复合净水剂也已开发[39]，用电厂粉煤灰制

成具有絮凝性能的改性粉煤灰，对疏水性和亲水性染料废水均具很高脱色

率[40]。

2 絮凝脱色

印染废水的絮凝脱色技术，投资费用低，设备占地少，处理量大，是

一种被普遍采纳的脱色技术。印染废水絮凝脱色机制是以胶体化学理论为

根底的。就无机絮凝剂而言，是铁系、铝系等絮凝剂发生水解和聚合反响，

生成高价聚羟阳离子，与水中的胶体进展压缩双电层、电中和脱稳、吸附

架桥并辅以沉淀物网捕、卷扫作用，沉淀去除生成的粗大絮体，从而到达

脱色目的。对于有机高分子絮凝剂而言，除了电中和与架桥作用外，可能

还存在类似化学反响成键的絮凝机制。对无机高分子絮凝剂改性，引入具

有络合力量的无机酸根或有机官能团，渐渐成为水溶性染料废水脱色的新

趋势。

无机高分子絮凝剂脱色机制不同于低分子无机絮凝剂，开发新絮凝剂

也是亲水染料脱除的途径之一，如近来成为热点之一的聚硅酸盐絮凝剂。

与此同时，有机高分子絮凝剂正在快速进展，如淀粉改性阳离子絮凝剂对

浊度、色度去除率均在90%以上[41]。

某些物质能与染料分子反响，掩蔽甚至打断染料的亲水基团或破坏染

料分子的发色构造，降低染料分子的水溶性，使其变为疏水性分子或离子。

某些具有空轨道的金属离子如Mg2+、Fe2+、Ca2+，能承受孤对电子，能

与含有孤对电子的染料分子络合生成构造简单的大分子，使染料分子具有

胶体性质而易被絮凝除去。某些有机分子也可与染料分子形成络合物到达

降低染料分子水溶性的目的，如带长链的阳离子外表活性剂十二烷基二甲

基氯化铵对含磺酸基团的水溶性染料废水[42]。

近年来发觉氧化亦会促进絮凝，其机制在于有机分子在氧化剂作用下

发生肯定程度耦合[43]或氧化剂打断染料分子亲水基团[44]。对含阳离子

染料的印染废水，以铁系、铝系为代表的无机絮凝剂对脱色根本无效，由

于这些无机絮凝剂水解生成的聚羟阳离子与水体中简单染料阳离子具有

同种电荷，由于同性相斥的缘由，凡靠阳离子的聚沉作用进展絮凝脱色的

絮凝剂，包括无机絮凝剂，大局部阳性高分子絮凝剂，对阳离子染料都自

然无能为力。假如能将水中的染料阳离子通过某种方式转化为阴离子或中

性分子，则可用无机絮凝剂或阳离子高分子絮凝剂除去。据报导，国外采

纳γ射线辐射絮凝工艺，大大提高了对阳离子染料的去除率。无论氧化，

还是γ射线辐射絮凝工艺，都是将阳离子染料变为中性或阴性，再进一步

处理而获得好的脱色效果。

3 氧化脱色

染料分子中发色基团的不饱和双键可被氧化断开、形成分子量较小的

有机物或无机物，从而使染料失去发色力量。氧化法包括化学氧化、光催

化氧化和超声波氧化。虽然详细工艺不同，但脱色机制却是一样的。化学

氧化是目前讨论较为成熟的方法。氧化剂一般采纳Fenton 试剂

(Fe2+-H2O2)、臭氧、氯气、次氯酸钠等。

采纳Fenton 试剂在pH4～5 时催化H2O2 生成•OH，使染料氧化脱色，

所生成的新生态Fe2+ 还具有促凝作用。用铁屑 H2O2 处理印染废水，在

pH1～2 时可生成新生态Fe2+，其水解产物有较强的吸附絮凝作用，可使

硝基酚类、蒽醌类印染废水色度脱除99%以上；用铁粉 H2O2 对印染废水

脱色时，当铁粉含量为1g/L、H2O2 为1mmol/L、pH2～3 时，脱色效果极

佳[45]。光催化氧化法利用某些物质(如铁协作物、简洁化合物等)在紫外

光的作用下产生自由基，氧化染料分子而实现脱色。如亚甲基蓝溶液[46]

及毛纺染整废水等[47]的光催化脱色及降解；以铁草酸、铁柠檬酸或铁丁

二酸络合物作催化剂，在紫外光照耀下和pH2～4 时进展印染废水脱色试

验，铁羧酸协作物能生成烷基、羟基等多种自由基使印染废水氧化脱色

[48]；紫外线还可强化 对重氮染料的脱色效果[45]。铁草酸盐络合物可

用于光解活性艳红X-3B，其光解机制也已作了充分论述[49]。超声波处

理印染废水是基于超声波能在液体中产生局部高温、高压，高剪切力，诱

使水分子及染料分子裂解产生自由基，引发各种反响并促进絮凝。用超声

技术降解浓度44.4mg/L 酸性红B 水，在投加NaCl 约1g/L，处理50min

时，酸性红B 废水脱色率近90%[50]。

总之，氧化法是一种优良的印染废水脱色方法，但假如氧化程度缺乏，

染料分子的发色基团可能被破坏而脱色，但其中的COD 仍未除尽；若将染

料分子充分氧化，能量、药剂量消耗可能会过大，本钱太高，所以氧化法

一般用于氧化絮凝或絮凝氧化工艺。采纳氧化絮凝工艺，目的是通过氧化

法将水溶性染料分子变为疏水性或使阳离子染料分子转变为中性、阴性分

子，以利絮凝除去。反之，采纳絮凝 氧化工艺则是将氧化作为后处理步

骤，对印染废水做深度处理以进一步去除剩余色度及COD。

4 生物法脱色

生物法脱色是利用微生物酶来氧化或复原染料分子，破坏其不饱和键

及发色基团。脱色微生物对染料具专一性，其降解过程分两阶段完成，先

是染料分子的吸附和富集，接着再生物降解。染料分子通过一系列氧化、

复原、水解、化合等生命活动，最终降解成简洁无机物或转化为各种养分

物及原生质。

染料分子微小的构造变化都会大大影响脱色率，例如某些藻类对含

—OH、—NH2 的染料脱色率很高，但几乎无法降解含—CH3、—OCH3、

—NO2 的染料分子；染料浓度对脱色率也有肯定影响，高浓度染料会抑制

微生物活性，影响脱色率或脱色效果。微生物通过体内质粒来调控不同构

造的染料脱色，提高脱色微生物应用价值的有效途径是筛选或构建具有多

功能的超级菌种和提高染料的生物降解性[44]，并大力开发具有广谱絮凝

活性的生物絮凝剂[51]。

好氧工艺是常见的处理工艺，但由于染料分子的抗生物降解性强，处

理过程BOD5/COD 比值下降(可生化性变差)，致使一般的好氧工艺对废水

色度、COD 去除率不高(60%～70%)。通过向曝气池中投加Fe(OH)3、延长

难降解物质在系统内的停留时间等措施，能大幅提高曝气池的活性污泥浓

度，降低污泥负荷及单位数量菌团担当的有机物降解量，从而提高了系统

的脱色率和COD 去除率。将固定化细胞技术应用于好氧工艺也可取得良好

效果。厌氧 好氧处理工艺能在肯定程度上弥补好氧工艺的缺乏。难降解

染料分子及其助剂在厌氧菌的作用下水解、酸化而分解成小分子有机物，

接着被好氧菌分解成无机小分子。

总之，生物法处理印染废水的脱色率和COD 去除率不高，并且反响时

间长，一般不相宜单独应用，可作为预处理或深度处理步骤。当前生物法

脱色的关键是筛选高效降解菌及用构建具有降解力量和絮凝活性的菌株，

使降解、絮凝和脱色在短时间内完成，以提高处理效率，降低本钱，并乐

观探究对染料分子或印染废水的前处理方式，如电解、小剂量氧化等，以

提高印染废水的可生化降解性。

5 电化学法脱色

电化学法是通过电极反响使印染废水得到净化。依据电极反响方式划

分，电化学方法可细分为内电解法、电絮凝和电气浮法、电氧化法。最闻

名的内电解法是铁屑法，马上铸铁屑作为滤料，使印染废水浸没或通过，

利用Fe 和FeC 与溶液的电位差，发生电极反响，产生较高化学活性新生

态H，能与印染废水多种组分发生氧化复原反响，破坏染料发色构造，而

阳极产生的新生态Fe2+，其水解产物有较强的吸附和絮凝作用。为了进

一步提高传统铁屑法的处理效果，铁屑经改性或向铁屑中参加帮助填料，

增加了印染废水中微电池的数目或延长染料颗粒在铁屑中的停留时间，使

改性铁屑法对不溶性染料的色度和COD 去除提高了20%～30%。

以Fe、Al 作阳极，利用阴极产生的H2 将絮体浮起，称电气浮法；利

用电极反响产生的Fe2+和Al3+实现絮凝脱色，称电絮凝法。由于施加脉

冲电信号使电极反响时断时续，可降低超电势及集中阻力，从而降低能耗

与铁耗；同样，当施加沟通电时，两极均可产生阳离子，更有利于金属离

子与胶体作用，且两极极性常常变化，对防止电极钝化也有好处，所以电

絮凝法的新近进展是脉冲电絮凝和沟通电絮凝。以活性炭纤维作电极的电

气浮法利用电极的导电、吸附、催化、氧化复原、气浮的综合性能，实现

了吸附-电极反响-絮凝脱附一条龙处理工艺[53]。采纳石墨、钛板等作极

板，以NaCl、Na2SO4 或水中原有盐分作导电介质，对染料废水通电电解，

阳极产生O2 或Cl2，阴极产生的H2，通过氧原子的氧化作用及氢原子的

复原作用破坏染料分子而使印染废水脱色。利用活性炭做电极，借助其吸

附性能富集染料分子，在外电场作用下氧化发色基团，脱色率可达98%以

上，COD 去除率达80%以上。进一步提高电极材料的催化性能，提高电流

效率，减弱电极极化以降低能耗仍是今后的主攻方向。