几种吸附剂在印染废水脱色中的应用
摘要：重点介绍了几种吸附材料在印染废水脱色中的应用和发展,从工艺角度分析了各种脱色材料的优缺点和实际应用情况。综述了在以废治废方面利用工业废渣、废弃蛋白等处理印染废水的一些研究成果和吸附剂的发展趋势。
关键词：印染废水，吸附剂;脱色，以废治废
印染废水成分复杂、色度大、浓度高,含有的难降解物质多。它所包含的染料主要有亲水性的直接染料、酸性染料、活性染料及疏水性的还原染料、硫化染料、分散染料等。这些染料品种繁多,结构复杂,造成印染废水含有多种具有生物毒性或三致性能的有机物。而且有机物质之间还具有协同增强的作用。因此印染废水的脱色是废水处理的主要问题。
目前常用的印染废水脱色方法有吸附法、絮凝法、氧化法、电解法以及生化法等。本文重点对近年来吸附方面所用的一些吸附剂及其研究的一些新进展作一介绍。
1 几种吸附剂的应用
吸附法主要是利用活性炭、黏土等多孔物质(粉末或颗粒)处理废水,使废水中的污染物质吸附在多孔物质表面或被过滤除去。吸附剂主要包括可再生吸附剂,如活性炭、离子交换纤维等;不可再生吸附剂,如天然矿物、膨润土、硅藻土、工业废料(如煤渣、铁屑、粉煤灰等)以及天然废料如木炭、锯屑、壳聚糖、废弃蛋白原料等。
1 1 活性炭吸附剂
活性炭吸附剂是由动物性炭、木炭、沥青炭等含炭为主的物质经高温炭化和活化而成。活性炭具有很大的比表面积,是一种优良的吸附剂,在水处理工业中广泛应用,至今仍是废水脱色的最好吸附剂。近年来,国内外都进行了很多的研究工作。
贾冰玉等人研究了用活性炭纤维去除水中直接深蓝Ｌ 3ＲＢ染料以及活性炭的再生问题。他们应用红外及可见分子吸收光谱法研究了活性炭纤维(ＡＣＦ)对直接深蓝Ｌ 3ＲＢ(ＤＤＢ,Ｃ.Ｔ.Ｄｉｒｅｃｔ.ｂｌｕｅ.Ｔ1)的吸附行为。用电化学法研究了ＤＤＢ饱和吸附后,ＡＣＦ再生的可能性,发现ＡＣＦ最佳吸附条件为ｐＨ=5,以2%ＮａＣｌ水溶液支持电解液,用铜棒和石墨棒分别作阴极和阳极,阴极区ＡＣＦ再生率达95%。
目前,国外的活性炭吸附多用于三级处理。该法对处理水中的溶解性有机物非常有效,国外学者研究活性炭对印染废水的处理[2],结果表明,活性炭对水溶性染料的吸附率、ＢＯＤ去除率、ＣＯＤ去除率分别达到93%、92%和63%,活性炭吸附ＣＯＤ能达到500ｍｇ/ｇ炭。如果对污水先进行曝气,则会加快吸附速率;但如果废水ＢＯＤ5>200ｍｇ/Ｌ,采取这种方法则是不经济的。ＩｄｉｌＡｒｓｌａｎ Ａｌａｔｏｎ用颗粒活性炭深度处理经生物氧化后的印染废水,在ｐＨ值<7时,ＣＯＤ、ＴＯＣ的去除率大大提高;如果活性炭和Ｏ3氧化体系结合使用效果更好,ＣＯＤ由原液的224ｍｇ/Ｌ降到了131ｍｇ/Ｌ,ＴＯＣ从58ｍｇ/Ｌ降到了42ｍｇ/Ｌ,色度去除完全[3]。虽然活性炭的吸附效果很好,但它一般只适用浓度较低的废水和深度废水处理。对于染色废水,颗粒状活性炭只能吸附水中可溶性染料(如阳离子染料、酸性染料、活性染料等),而对悬浮状不溶性染料的去除效果则很差,加之活性炭再生费用较高,使活性炭吸附法的应用受到限制。
1 2 改性矿土和合成树脂吸附剂
天然粘土资源丰富,价廉易得,采用粘土、改性粘土及其他天然矿石处理印染废水也有广泛的研究。膨润土的主要成分是蒙脱石,蒙脱石具有负电性,可吸附交换阳离子和极性分子。它的比表面积非常大,具有很强的吸附性,但天然膨润土对有机染料的吸附脱色效果并不好。因此国内外都将注意力集中在对膨润土的改性研究上。
改性膨润土的比表面积增大(例如酸性膨润土),孔隙多,结构疏松,大大提高了其对有机物的吸附和离子交换能力。楼文斌用不同改性膨润土对活性艳蓝Ｘ ＢＲ、活性艳橙Ｘ ＧＮ和直接耐晒蓝Ｂ2ＲＬ三种染料吸附脱色效果进行了研究,确定出了一种膨润土的改性工艺条件,并研究了改性膨润土用量对染料的吸附脱色效果的影响。结果表明,上述三种染料脱色效果与膨润土的改性条件及改性处理液的ｐＨ值有很大关系,该改性膨润土对印染废水中的蓝色和紫红色染料都有较好的脱色效果,脱色率达90%以上。许坤等人通过对凹凸棒石粘土脱色效果的系统研究,发现粉末状凹凸棒石粘土对水溶性阳离子染料有良好的脱色效果,当阳离子染料起始浓度为100ｍｇ/Ｌ时,平均脱色率为98 9%。
硅藻土也是一种优良的多孔性吸附剂,其来源丰富,价格低廉,性质稳定,其表面有大量硅羟基基团,能更好地实现光生空穴的捕获,抑制电子 空穴对的结合。何媛媛等人以Ｔｉ(ＳＯ4)2与硅藻土为原料,采用浸渍法制备ＴｉＯ2硅藻土复合光催化剂,该催化剂既有较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,光催化剂用量为1ｇ/Ｌ,反应时间为30ｍｉｎ的条件下,利用该催化剂处理浓度为20ｍｇ/Ｌ的亚甲基蓝水溶液,脱色率达96%。
沸石是自然界中广为存在的一种硅铝酸盐矿物。它特殊的四面体骨架结构,使得天然沸石具有较大的表面积和较高的离子交换性。改性沸石对印染废水的脱色率更好,脱色率高于90%,比天然沸石的脱色能力增大20倍以上。蛋白石页岩是一种新型的吸附材料,它具有较发达的孔隙,孔隙的内表面积大,孔隙又分为大孔、中孔、微孔,蛋白石页岩的这些物理特性决定了它具有一定的吸附作用。实验证明,蛋白石页岩对碱性玫瑰红和碱性桃红染料废水的去除率达100%,效果很好。
此外,高岭土也是一种吸附剂,经过长链有机阳离子处理的高岭土能有效地吸附废水中的黄色直接染料。
天然吸附剂价廉易得,对废水中染料的去除率很高,有的天然吸附剂可直接用于废水吸附效果良好,如硅藻土、蛋白石页岩等;有些天然吸附剂经改性后对印染废水的脱色率很高如膨润土、沸石。因此天然吸附材料符合当前使用要求,应大力发展。
1 3 工业废渣料
炼钢、发电等工业生产过程中,会产生大量的固体废弃物,但其利用率不到10%,这样不仅会造成环境污染,而且浪费资源。近年来有许多研究者利用废物废渣等对印染废水进行吸附脱色,取得了一定的效果。
王信东等人研究了化工厂的钛白生产废渣与粉煤灰复配体系对活性翠蓝染料的脱色效果,利用废渣泥中的废酸对粉煤灰进行活化,增强了单独使用废渣或粉煤灰处理的效果。研究结果表明,当染料初始浓度为160ｍｇ/Ｌ,ｐＨ值为8时,在废渣与粉煤灰质量比为2∶1,总质量为1ｇ,处理时间为2 5ｈ条件下,脱色率在90%以上,效果明显。
发电厂的粉煤灰对难以生化降解的染料中间体二硝基氯化苯废水的吸附处理效果较好,ＣＯＤ去除率达80%以上,色度去除率达90%以上,出水无色透明,可达标排放,同时处理后的粉煤灰可与粉煤掺合燃烧,实现了无害化处理,此法处理成本大大低于活性碳吸附法。有文献报道了某纺织印染厂利用本厂电站排放的粉煤灰建立了处理该厂印染废水的设施,用1ｔ粉煤灰可处理100ｍ3污水,处理后污水ｐＨ值为7,ＣＯＤ为51ｍｇ/Ｌ,ＢＯＤ5为4ｍｇ/Ｌ,硫化物为0 1ｍｇ/Ｌ,脱色率可达100%。
将粉煤灰和过氧化氢联合处理印染废水,脱色率达90%,ＣＯＤ去除率达70%,是一种良好的印染废水脱色处理方法。实际应用的最佳条件为过氧化氢加入量为600ｍＬ/ｍ3,粉煤灰加入量为5ｇ,处理时间为50ｍｉｎ。由于过氧化氢是一种比臭氧或氯及其含氧化物价格便宜的化学氧化剂,并且无二次污染,因而利用粉煤灰的吸附性、过氧化氢的氧化性以及粉煤灰对过氧化氢的催化作用,对印染废水处理,是一种以废治废,综合治理的有效方法。
1 4 废弃蛋白质
毛织物在加工过程中,常会有一些极短的羊毛蛋白纤维,不能用于纺织,常作为废弃物丢掉。生产和生活中也有不少蛋白原料被废弃(如丝绸厂脱胶处理后产生的废丝胶,人们养的各种宠物身上脱落下来的毛),这样不仅造成环境污染,而且使大量的宝贵蛋白原料流失。对这些废弃蛋白原料进行适当改性也可以作为印染废水的脱色剂,达到以废治废、变废为宝的目的,此研究符合建设节约型社会的理念,具有很好的社会效益。Ｍ.Ｒａｄｅｔｉｃ等人以回用羊毛非织造材料作为酸性染料的吸附剂,探讨了未处理、等离子体处理、壳聚糖处理以及等离子与壳聚糖联合处理的非织造羊毛材料分别对酸性红ＡＲ27(酸性红Ｃ Ｉ 27)、酸性红ＡＲ88(酸性红Ｃ Ｉ 88)和酸性蓝ＡＢ113(酸性蓝Ｃ Ｉ 113)的染料吸附性能。研究发现,非织造回用羊毛材料能有效吸附印染废水中的酸性染料,尤其是经壳聚糖处理的回用羊毛和经等离子体与壳聚糖联合处理的回用羊毛非织造材料可大大提高对染液中酸性染料的吸附能力。但经低温等离子体处理或经等离子与壳聚糖联合处理的非织造回用羊毛材料对酸性蓝ＡＢ113的吸附作用不明显,有待于进一步深入研究。
作者在实验室研究狗毛、鸡毛经碱溶解后对酸性湖蓝Ａ的脱色率分别达到91%、95%以上,其中鸡毛溶解液对活性染料的脱色率在30ｍｉｎ内达95%以上。对分散染料、士林染料的脱色率竟达100%,脱色效果显著。
2 结语
活性碳吸附剂是优良的吸附剂,但因其费用高等因素限制了它的使用。用矿土、工业废渣(废弃物)、废弃蛋白质吸附印染废水,不仅脱色效果好,且有效利用了工业废物,减少环境污染,无二次污染。废铁渣、粉煤灰处理印染废水已在实际中有了应用,废弃蛋白原料的工业化应用还处在实验阶段。总之,印染废水脱色的有效吸附剂应朝着吸附效果好、天然无毒、可生物降解、成本低,尤其是利用废弃物以废治废的方向发展。
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