水处理剂在印染废水处理中的应用 2 8页

摘要印染废水组分复杂,常含有多种染料,色度深、毒性强、难降解、pH值波动大,而且浓度高,废水量大,是难处理的工业废水之一。本文对国内外印染废水治理中各种处理工艺作了综述,和介绍了各种水处理剂在当中的应用，以说明水处理剂在印染废水处理中起着重要的作用。关键词：水处理剂；印染；废水处理工艺；应用n目录前言11、概述12、印染废水处理技术的研究进展[4]12.1物理处理法12.2化学处理法12.3生物化学法23、各种水处理剂的应用33.1絮凝剂在印染废水处理中的应用[6]33.2天然高分子水处理剂的应用44、CMF+RO在印染废水回用工程应用[17]44.1工艺流程44.2工艺分析及水处理剂的应用55、总结56、参考文献6n前言水处理剂是一类用于水处理的化学药剂的总称，广泛用于石油、化工、冶金、交通、轻工、纺织等工业部门。我国每天排放大量印染废水，印染厂每加工100m织物会产生3~5m3废水，每年大约有6~7亿m3印染废水排入水环境中，由此而造成重大生态破坏及经济损失。现阶段我国处理印染废水的工艺方法有很多，其中各种水处理药剂在各处理工艺中都起着重要的作用。1、概述中国是纺织印染第一大国，而纺织印染业又是排放大户，约占整个工业废水排放量的35%[1]。据不完全统计，我国印染污水每天排放量约为3×106~4×106m3，印染厂每加工100m织物会产生3~5m3废水，每年大约有6~7亿m3印染废水排入水环境中，由此而造成的重大生态破坏及经济损失是不可估量的[2]。印染废水特点是废水量大，水质复杂，有机物浓度高，难生物降解物质多，色度深，其中尤以染料的污染最为严重。此类废水经生化处理仍带有较深色度,难以达标排放,脱色是印染废水处理的一个重要环节〔3〕。随着染料工业的飞速发展和后整理技术的进步，新型助剂、染料、整理剂等在印染行业中被大量使用，进一步加重了印染废水脱色处理的难度。2、印染废水处理技术的研究进展[4]2.1物理处理法物理处理法中研究较多的有吸附(气浮)法、膜分离技术、超声气振法、高能物理法和萃取法。2.2化学处理法废水的化学处理法是利用化学反应的原理及方法来分离回收废水中的污染物,或改变其性质,使其无害化的一种处理方法。在印染废水处理中常用的有絮凝沉淀法、化学氧化法、电化学法及光化学氧化法等。2.2.1絮凝沉淀法絮凝沉淀是通过加入絮凝剂、助凝剂,使胶体在一定的外力扰动下相互碰撞、聚集,形成较大絮状颗粒,从而使污染物被吸附去除。絮凝沉淀法的关键是絮凝剂,应用于印染废水处理方面的絮凝剂主要是铁盐、铝盐、镁盐、有机高分子和生物高分子等。2.2.2化学氧化法5n化学氧化法是目前印染废水脱色较为成熟的方法,利用各种氧化剂将染料分子中发色基团的不饱和键断开,形成分子质量较小的有机物或无机物,从而使染料失去发色能力。常用的氧化剂有臭氧、氯氧化剂和Fenton试剂等。低剂量Fenton氧化-混凝法对印染废水的处理效果[5],结果表明,低剂量Fenton氧化-混凝法特别适合于处理成分复杂(同时含有亲水性和疏水性染料)的染料废水,处理后CODCr和色度分别达到排放标准,且该法处理成本低,操作简便。2.2.3光化学氧化法光化学氧化法由于反应条件温和(常温、常压)、氧化能力强和速度快等优点,近20多年来发展迅速,具有较为广泛的应用前景。利用该技术处理印染等难降解废水已成为废水处理领域中的热点之一。光化学氧化可分为光分解(光氧化)、光敏化氧化、光激发氧化和光催化氧化等4种。光分解原理是污染物分子吸收光子(主要是波长小于300nm的紫外光),获得能量后分子化学键断裂,使有机污染物分解。光敏化氧化是通过加入敏化剂,利用光(可以是可见光)诱发产生单线态氧或超氧负离子,从而可将许多难降解物去除。光激发氧化是在紫外光的激发下使O3,H2O2,O2等氧化剂分解产生氧化能力极强的自由基HO,H和O等氧化分解污染物。光催化氧化效率较高,无二次污染,是一种较有发展前途的脱色方法。2.3生物化学法2.3.1好氧法印染废水的好氧生物处理是一种在提供游离氧的前提下,以好氧微生物为主,使有机物降解、稳定的处理方法。废水中存在的各种有机物,主要以胶体状或溶解性的为主,作为微生物的营养源,这些高能位的有机物质经过一系列的生化反应,逐级释放能量,最终以低能位的无机物质稳定下来,达到无害化的要求,以便进一步回到自然环境和妥善处置。2.3.2厌氧法在印染废水处理上,厌氧生物处理与好氧生物处理相比有以下优势:(1)应用范围广,厌氧法不但能应用于中、低浓度的印染废水,还可应用于高浓度的印染废水,且某些有机物只有在厌氧条件下才能被降解,如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等;(2)能耗低,印染废水一般为高浓度有机废水,厌氧处理时不需要曝气,而且产生的沼气可以作为能源,单一的厌氧处理还能提供能源;(3)有机负荷(BOD5)高；(4)剩余污泥量少,浓缩性、脱水性良好,而且污泥可以长期贮存,这样便于处理工艺的运行及装置的迅速启动。2.3.3联合处理技术5n目前,最主要的联合处理技术就是厌氧法与好氧法相结合,即将厌氧与好氧工艺串联起来,协同处理印染废水。其中,厌氧处理主要是使印染废水中可生化性较差的一些高分子物质发生水解、酸化,变成较小的分子,或改变难降解有机物的分子结构,从而改善废水的可生化性,为好氧处理创造条件;同时,好氧阶段产生的剩余污泥也可全部回流到厌氧池,由于厌氧阶段有足够长的固体停留时间(SRT),污泥可以得到彻底的厌氧消化,从而使整个系统基本上没有剩余污泥排放。3、各种水处理剂的应用从印染废水处理技术的研究进展中可以看到，各种水处理剂在印染废水处理中有着广泛的应用，特别是化学法和生物处理法中，各种水处理剂起着关键性的作用。3.1絮凝剂在印染废水处理中的应用[6]3.1.1无机絮凝剂无机絮凝剂的作用机理主要是靠化学键力、分子间力或机械力来达到沉淀效果,这三种力可单独或共同发生作用。在印染废水中胶体粒子带有负电荷的情况较多,因此絮凝剂多为阳离子型,将其加入水中,胶体粒子的电荷被中和,离子间的斥力作用也随之消失,便可形成大块颗粒而沉降,水即澄清。无机盐类絮凝剂主要是铝盐、铁盐,它们的优点是较经济,用法简单,但絮凝效率低、用量较大,而且在印染废水处理中还存在自身难以克服的缺点,如:残留在水中的铝离子会导致二次污染;铁离子本身有颜色,而且Fe3+具有氧化性,对设备有腐蚀作用。3.1.2高分子絮凝剂在近代印染废水处理方法中,高分子絮凝剂占有重要地位,该类絮凝剂分子量大、官能团多,它的凝聚机理与小分子有所不同,可用架桥机理来解释。长链的高分子一部分被吸附在胶体颗粒表面上,而另一部分则被吸附在另一颗粒表面,并可能有更多的胶体颗粒吸附在一个高分子的长链上,从而容易发生絮凝。目前使用的高分子絮凝剂主要有无机高分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。3.1.3微生物絮凝剂微生物絮凝剂主要是微生物的代谢产物(具有絮凝功能且能被自然降解的高分子有机物)像糖蛋白、粘多糖、纤维素、DNA等,有些则直接利用微生物细胞,还有些是从细胞壁提取的,能够分泌絮凝剂的微生物称为絮凝剂产生菌[7]。其作用机理为桥联作用,即微生物絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力,同时吸附多个胶体颗粒,在颗粒间产生架桥作用,从而形成较大的絮凝颗粒沉降下来。3.1.4复合絮凝剂印染废水的成分复杂,有时仅靠单一絮凝剂的处理效果并不理想,5n将两种或多种絮凝剂组合为复合絮凝剂使用,可能会获得更好的效果。除了采用复合絮凝剂,为了提高印染废水的絮凝效果,还可以考虑絮凝与其它工艺相结合的复合工艺来处理印染废水,如絮凝-过滤[8],絮凝复合床[9]等工艺。3.2天然高分子水处理剂的应用3.2.1以纤维素为基体纤维素是不溶于水的均一聚糖。它是由D-葡萄糖基构成的链状高分子聚合物[10]。将纤维素进行改性使其具有-NH2、-OH等离子官能团,这些官能团可与某些染料及中间体的阴离子基团(如磺酸基团、羧酸基团)和活性基团(如三聚氰酰氯)等进行化学、物理的作用,从而使染料分子脱稳与水分离,达到脱色和去除COD的作用。3.2.2以木素为基体吴冰艳等人[11]以造纸黑液中的木质素为原料,引入自制的季铵盐单体对其进行接枝聚合反应,成功研制出木质素季铵盐絮凝剂。应用于天津某厂排出的高浓度高色度染料中间体J酸染料废水的处理。张芝兰等人[12]对木质素絮凝剂也进行了深入的研究。他们以草浆黑液中提取的木质素直接用作絮凝剂处理活性染料废水。实验表明,脱色率最高可达87%,浊度去除率可达98%。朱建华等[13]合成的木质素阳离子絮凝剂处理UGN2509、S-BWF4和2GLKWL染料,脱除率均超过90%。雷中方等[14]研究了从厌氧处理前后的碱法草浆黑液中提取的木质素作为絮凝剂,处理蒙脱土悬浊液和印染废水。3.2.3以淀粉为基体淀粉含有许多羟基,通过羟基的酯化、醚化、氧化、交联、接枝共聚等化学改性,其活性基团数目大大增加,聚合物呈枝化结构,分散的絮凝基团对悬浮体系中颗粒物有较强的捕捉与促沉作用。GaoJianpin[15]等以高锰酸钾为引发剂,使淀粉与丙烯腈接枝共聚,配以助凝剂处理印染废水。马希晨等人[16]以淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物为原料,通过Mannich反应和水解反应,合成了同时具有阴、阳离子基团的两性高分子絮凝剂，产物对印染的浊度和化学耗氧量(COD)去除率较高。4、CMF+RO在印染废水回用工程应用[17]4.1工艺流程工艺流程如下：5n4.2工艺分析及水处理剂的应用4.2.1预处理系统预处理工艺在膜工艺应用中非常关键，良好的预处理效果不但可确保达到膜进水水质要求，还可以减少膜元件的通量衰减，延长系统化学清洗周期及膜元件使用寿命，降低运行成本。预处理工艺主要去除对象一般为悬浮物、胶体、有机物和微生物等物质。达标生化出水首先进入原水池，经过供水泵提升至MMF，并视浊度情况，加入PAC，提高MMF的截留效率。MMF主要去除二级生化出水中的悬浮物，防止大颗粒进入下CMF系统。之后废水进入CMF进一步脱除水中的的胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物等物质。4.2.2反渗透系统(Reverseosmosis以下简称RO)水进入RO系统前，在RO供水泵和高压泵之间，需要设置5μm保安过滤器，并在保安过滤器前投加NaHSO3去除水中的余氯，因为过高的余氯浓度对膜元件材料造成不可逆的损伤。NaHSO3投加量以水中氧化还原电位控制在250mV以下为准。另外还预留了阻垢剂、还原性杀菌剂、pH调节等加药口，视进水和运行情况对反渗透系统进行投加，以保持RO系统运行稳定和对pH要求。在正常操作条件中，RO系统会受到无机盐垢、微生物、胶体颗粒和不溶性的有机物的污染。操作过程中这些污染物沉积膜表面，导致标准化的产水量和系统脱盐率分别下降或恶化。这时需要对RO进行化学清洗。4.2.3水处理剂的应用本工艺中，主要用到的水处理剂有絮凝剂（PAC），阻垢剂，杀菌剂和酸碱中和剂。同时，本工艺主要运用物理法处理印染废水，阻垢剂，缓蚀剂起着关键的作用，防止管道堵塞和锈化而对设备和工艺的正常运作造成影响。5、总结水处理剂在印染废水中应用广泛，种类也较多，所以在应用中选用合适的药剂很关键。当前，绿色化学为我们提供充分利用资源和能源,降低成本的方法,研究新型绿色水处理剂是以后处理各种废水的主流,为实现人类可持续发展做出贡献。5n6、参考文献[1]姚署光，杨玉杰，李贵生，等．印染废水深度处理及回用技术的研究现状[J]．河南化工，2007，24(1)：14-18．[2]张林生.印染废水处理技术及典型工程[M].北京:化学工业出版社，2005．[3]黄长盾.印染废水处理[M].北京:纺织工业出版社,1987:116—122[4]赵雪,何瑾馨,展义臻.印染废水处理技术的研究进展[J].化学工业与工程技术，2009，30（2）.[5]顾晓扬,汪晓军,林德贤.Fenton试剂-曝气生物滤池处理酸性玫瑰红印染废水[J].工业水处理,2006,26(11):28~31[6]胡涛,马永梅,于鹄鹏,陆益丹.絮凝剂在印染废水处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