活性炭吸附组合工艺处理印染废水的研究进展

摘要：本文首先通过举例说明单一方法处理印染废水的原理及现状，之后引出物化处理法中的活性炭法处理印染废水，结合活性炭单一处理废水的优点及不足，提出活性炭联合其他工艺共同处理印染废水的方法。主要介绍的活性炭组合工艺有活性炭 －化学氧化法，臭氧－活性炭法和微波－活性炭法。

关键词：印染废水；处理；进展；活性炭法

印染行业历史悠久，自新石器时代开始，人们就掌握了印染最初的印染技术，而随着时代的发展，印染业也逐渐成为了国家经济发展的支柱行业，与之相关印染废水的处理问题也成为了解决难题。印染废水是指在印染过程中由于染料未完全吸附染物及辅助染色投加的化学药剂剩余集合排出的废水。因此印染废水成分复杂，难以处理。据不完全统计，我国印染废水的日排放量达到了３×10⁶～４×10⁶m³，约占整个工业废水排放的35％，是国外印染废水排放量的３～４倍，污染物含量的２～３倍，因此印染废水成为了目前治理环境污染的重要任务。

1 印染废水处理分类及研究进展

印染废水是一种成分复杂的高浓度有机废水，因治理困难，处理成本高，成为环境治理的重点对象。在选择印染废水处理工艺时需根据水质特征进行技术分析，选择出水稳定达标，又可兼顾成本的处理工艺。本文主要介绍的处理方法包括物化处理法、化学处理法和生化处理法。

1.1 物化处理法

物化处理法是指利用物理作用和化学反应组成废水处理系统，分离和去除印染废水中的不溶性污染物和部分可溶性有机污染物。在物化处理法中处理效果较好的方法有吸附法和膜分离法。

吸附法是利用溶质对水的疏水性和吸附剂对溶质的亲和力，将污染物从水中转移到吸附剂上。常见的吸附剂有活性炭和硅胶等。虽然利用吸附法可以有效去除印染废水中的色度和有机污染物，但吸附剂的吸附容量有限，吸附饱和后再生难度较大等原因，因此吸附法在一般废水处理中使用较少，常用在印染废水的深度处理中。

膜分离法是指根据滤膜的颗粒孔径将不能通过的污染物从水中截流到滤膜表面，从而达到净化水体的目的。一般可分为渗透和渗析，具有出水水质好，适应性强和效率高等优点，但存在滤膜易污染，运行费用高等问题。马江权等人采用氧化锆微滤膜和聚酰胺纳滤膜共同处理印染废水，取得较好处理效果，达到工业水回用标准。陈启斌等人通过研究不同影响因素对絮凝效果的影响，研究结果表明当ＭＢＦ（微生物絮凝剂）与CaCl₂质量比为１∶32时絮凝效果最好，经处理后COD去除率可达96.07％。

1.2 化学处理法

化学处理法是指通过物质之间的化学反应改变污染物的物理化学性质，使其降解成大分子颗粒物，进而从废水中去除的目的。在化学处理法中研究较多的是高级氧化法和电化学法。

高级氧化法（AOP）是由Glaze等首次提出，是利用羟基自由基（·ＯＨ）的强氧化性，与水中污染物发生氧化还原反应，从而将污染物从水中去除。本文主要介绍高级氧化法中臭氧氧化法，Fenton试剂氧化法和光化学氧化法。

臭氧氧化法处理污染物分为两种途径，一种途径是臭氧直接将污染物氧化为无机物。另一种是通过臭氧分解产生羟基自由基（·ＯＨ），利用强氧化性，使污染物发色基团中的不饱和键断裂。卢昶雨等通过对３种不同模拟废水连续通30min臭氧处理测定吸光度，结果表明臭氧氧化对三种印染废水效果均在90％左右。董姣等采用８种不同活性染料研究单一染料配水和混合染料配水经臭氧／微电解处理后的出水效果，处理水质较好，满足排放标准。

Fenton试剂氧化法是指H₂O₂在Fe²⁺离子的催化下，具有强氧化作用，利用Fenton试剂氧化法可将废水中的有机污染物氧化去除。张晓东等将Fenton试剂法与混凝法相结合，在Fenton试剂中加入CPAM（阳离子聚丙烯酰胺）共同处理印染废水，实验结果表明经处理后COD与浊度去除率可达51.22％和79.17％。程然将Fenton试剂氧化法与生物法联用处理印染废水，取得较好出水水质。

光化学氧化法是通过氧化作用和光催化协同促进反应速率和氧化能力的一种水处理技术。光化学氧化法可分为直接氧化与间接氧化，其中光分解，光敏化氧化是在光照条件下，直 接使水中污染物分解。光激化氧化和光催化氧化是通过产生·ＯＨ间接氧化污染物。陈志铮等利用ＵＶ／TiO₂光催化氧化法处理印染废水，印染废水处理效果良好。崔迪等通过光催化氧化装置处理印染废水，出水水质较好。

电化学氧化法根据氧化原理分为两个过程，一是通过阳极直接将污染物氧化为无害物质，二是通过阳极产生可变价的金属盐溶液，通过盐溶液氧化作用，将污染物氧化降解成无害物 质。王昭阳等利用三维电解法催化处理罗丹明 Ｂ模拟印染废水，罗丹明Ｂ降解率为８０％～９０％。谭顺意等通过微电解法催化处理印染废水，取得较好处理效果。

1.3 生化处理法

生化处理法按需氧量可分为好氧生物法和厌氧生物法。好氧生物法是利用好氧微生物和兼性厌氧微生物的生化作用来完成处理废水的过程。通过向废水中通入氧气提高好氧微 生物的生化作用，利用生化作用转化废水中难降解污染物。好氧法由于单一处理效果并不理想且后期运行费用高，一般应用于废水深度处理。

生物的代谢作用，将废水中的有机污染物转化为甲烷和二氧化碳。厌氧生物法同时适用于不同浓度废水，对染料中的偶氮基、蒽醌基和三苯甲烷基均可降解，因耗能少而被广泛应用好氧－厌氧技术的主要原理是利用好氧作用和厌氧作用相结合，通过生物降解作用协同处理废水中难降解有机污染物，并且厌氧反应能降解部分有机酸。宋梦琪等对聚乙烯醇PVA）印染废水先进行厌氧阶段的水解酸化过程，后进行好氧处理，结果表明经水解酸化后的印染废水通过好氧处理后出水水质更好。

２ 活性炭吸附法及其组合工艺在印染废水处理中的研究进展

活性炭是将有机原料，如煤炭、木料、硬果壳、树脂等为原料，在高温下碳化、活化而成。活性炭孔隙率大，表面具有无数细小空隙，因此具有优良的吸附性和极大的吸附容量。但由 于微孔直径在２～５０ｎｍ之间，同时具有强亲水性，限制了大分子及疏水性染料在活性炭内部的扩散。因此活性炭吸附法对中低分子和水溶性染料吸附性较好，对于大分子和疏水性染料吸附性能较差。因此单独使用活性炭法处理印染废水的效果并不能满足我们对水质的要求，采用组合工艺可提高出水质量，去除多种污染物并且能降低处理成本。目前，活性炭组合工艺处理印染废水主要包括化学氧化－活性炭法，臭氧－活性炭法和微波－活性炭发。

2.1 化学氧化－活性炭法

化学氧化－活性炭法是将化学氧化法和吸附法相结合，先利用氧化法将印染废水中的有机污染物氧化成无机物和小分子颗粒，然后通过活性炭将废水中的小分子颗粒吸附到活性炭 上，再将活性炭从废水中分离，从而净化水体。而与此过程相反的活性炭－化学氧化法的作用机理则是先通过活性炭的吸附作用，将印染废水中有机污染物转移到活性炭表面，维持有机污染物的高浓度，在活性炭表面与污染物发生氧化还原反应，提高污染物去除率。两种方法适用的印染废水浓度不同。前者适用于高浓度印染废水，后者适用于中低浓度废水。朱洪涛等利用正交实验对比Fenton试剂氧化和活性炭组合处理印染废水，结果表明Fenton氧化和活性炭组合处理印染废水脱色率可达90.1％，相对于单独Fenton和单独活性炭吸附提高了 18％和 20.9％；孙晓旭等采用Fenton－活性炭，活性炭－Fenton和Fenton与活性炭同时处理印染废水，实验结果表明同时处理时出水水质最好，这可能是活性炭和Fenton试剂之间的协同作用造成的。

2.2 臭氧－活性炭法

臭氧 －活性炭法是将活性炭物理吸附作用，臭氧氧化作用，生物降解作用三者融合为一体的新型水处理技术。臭氧具有强氧化性和促进絮凝的作用。臭氧－活性炭法先通过臭氧 氧化分解水中的有机污染物，促进水中部分胶体和可溶性有机物絮凝沉淀，同时臭氧使废水中有机污染物通过开环和断链氧化成小分子物质，更易被活性炭所吸附，并产生少量溶解氧维持活性炭上附着的微生物活性，提高活性炭使用周期。这使得在保持臭氧和活性炭本身优势的同时协同作用，提高出水水质。冯癑等［２５］通过采用活性炭催化臭氧氧化对印染废水进行深度处理，取得较好处理效果。沈拥军等人通过对甲基红模拟印染废水采用臭氧／活性炭联用工艺处理，利用正交实验研究臭氧流量、废水温度、ｐＨ和活性炭投加量对处理效果的影 响，结果表明最佳运行条件下色度去除率和COD去除率分别为97.4％和85.2％，并且通过对比实验表明臭氧－活性炭法处理效果优于单独使用臭氧和单独活性炭法。

2.3 微波－活性炭法

微波 －活性炭法是利用微波的辐射性能和活性炭的吸附性能结合的新型处理工艺，微波具有很强的穿透能力，使废水中的极性分子高速旋转达到热效应，产生的高温使得有机污染物降解成无机物，并通过活性炭的吸附作用吸附去除。同时微波的非热效应可以加快有机污染物分子键的断裂，提高有机污染物的去除率并且不会产生二次污染。陈红英等采用微波处理法和活性炭吸附法协同处理模拟印染废水，结果表明出水水质良好，并且通过对比实验表明二者联合处理印染废水优于单一处理方法。陈俊平等通过微波强化作用，促进Fenton－活性炭法处理印染废水，处理效果良好，经处理后出水COD和色度去除率可达73.7％和93.2％。

３ 结语

印染废水变化无常，成分复杂，在工业废水中属于难治理一类，需要根据印染废水的组成及物化性质，综合考虑各种处理技术的优缺点，选择合适的组合工艺进行处理。但由于印染染料之间的差异和印染废水本身的复杂性，活性炭工艺技术尚未成熟。日后的主要研究方向分为两种，一是研究新型活性炭，降低成本及提高去除率。二是研究活性炭和其他工艺的新型组合工艺。通过组合工艺，不断弥补自身不足，提高去除率，将对环境的影响降到最低。