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活性炭在印染废水中的应用与研究现状

发布时间:2019-12-20 浏览

活性炭在印染废水中的应用与研究现状

1、印染废水的来源及特点

染整工艺的废水叫染整废水,俗称印染废水。印染工艺废水水量大、水质复杂、水量变化大,所以处理有一定的难度,特别是它的颜色经常引起群众敏感。印染废水污染处理是纺织行业环保工作的要点。染整废水实际是一大类。

按纤维材料可分为毛、棉、丝绸、麻、化学纤维和混纺纤维;

按染料可分为直接染料、活性染料、还原染料、硫化染料、偶氮染料、酸性染料和阳离子染料等;

按纤维及织物形态可分为纱、散毛染色,成衣染色,苎麻纺织染色,丝绸、绢染色,针织染色、线带染色和巾被染色等。

不同纤维、不同染料,废水性质不同,治理方法也不同。

印染废水主要来自于染整工段,包括退浆、煮练、漂白、丝光、染色、印花和整理等。织造工段废水排放较少。

染整废水是有机废水,其污染物主要来自纤维材料染整过程中使用的染料、化学药剂。化学纤维含杂质较少,而天然棉纤维、毛、麻、丝均含有一定的杂质,羊毛含杂质较多。

表1染整工业废水主要来源

行业 废水主要来源 主要污染物
棉、化纤布和混纺布印染厂 退浆、煮练、漂白、丝光、染色、印花和整理 浆料、染料、助剂、纤维中腊质、果胶等杂质
苎麻纺织印染厂 脱胶、染色、整理 木质素、果胶等苎麻胶质、染料、助剂
丝、绢纺织厂 制丝、精炼、染色、整理 丝胶、染料、助剂
针织厂 碱缩、煮练、染色、后处理 纤维中腊质、染料、助剂

由表1可知,印染废水的BOD5, CODcr,色度是其特征有机污染指标。根据印染废水的特点,活性炭吸附法是印染废水处理的主要工艺。

2、活性炭处理印染废水国内外研究与应用现状

2.1活性炭处理印染废水国内外研究现状

活性炭吸附剂是由动物性炭、木炭、煤炭、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较好吸附剂。近年来,国内外都进行了很多的研究工作。

目前,国外的活性炭吸附多用于三级处理。该方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,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。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。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131mg/L,TOC从58mgL降到了42mgL,色度去除完全。

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。

2.2活性炭吸附法处理印染废水的应用

1)溶剂萃取-活性炭吸附法处理DMF废水

N,N-二甲基甲酰胺(DMF)是一种常用的化工溶剂,被广泛应用于聚氨酯合成革工业及医药、农药等行业。由于DMF在制革生产中被大量用作溶剂使用,生产所排放的废水中含有较高浓度的DMF。

处理DMF废水的方法有活性炭吸附—二氯甲烷再生法、化学水解法和生化法。化学水解法与生化法都只是破坏DMF而没有回收DMF,处理成本较高,尤其不适用于处理较高浓度的DMF废水。对于高浓度DMF(近100gL)的制革废水,目前工厂大多采用直接精馏处理,分离DMF与水,回收的DMF回用于生产。但该法能耗较高,当废水中DMF浓度较低(如<50g/L)时,回收成本将大幅度增加。

凊华大学核能技术设计研究院采用溶剂萃取—活性炭吸附法,处理制革厂的高浓度DMF废水(DMF质量浓度为93.4g/L),用三氯甲烷(CHCl3)萃取废水中的DMF,萃取液经精馏分离回收DMF和萃取剂。研究了CHCl3对DMF的萃取效果、活性炭对萃余液的动态吸附性能、用溶剂CHCl2再生活性炭的效果和反复再生后活性炭的吸附效能。

结果表明,用CHCl3 5级逆液萃取后,萃余液中的DMF降到1.33g/L,萃取率达96.8%。萃取液经精馏分离回收CHCl3和DMF。萃余液经活性炭吸附后COD可降到100mg/L以下。精馏过程的能耗及设备投资大大降低,全过程的总投资与老方法相当,而成本降低50%左右。经CHCl3萃取后的制革废水用活性炭吸附法深度净化处理,出水达国家排放标准。饱和活性炭经CH2Cl2洗脱、160℃空气活化后,其吸附性能和数量基本不变,可反复使用。

2)活性炭吸附法处理染料废水

纺织工业的发展带动了染料生产的发展。调查表明,全世界每年生产的染料超过70万t,其中的2%直接进入水体以废水的形式排出,10%在随后的纺织染色过程中损失。染料废水成分复杂、水质变化大、色度深、浓度大,处理困难。染料废水的处理方法很多,主要有氧化、吸附、膜分离絮凝和生物降解等。这些方法各有优缺点,其中吸附法是利用吸附剂对废水中污染物的吸附作用去除污染物;吸附剂是多孔性物质,具有很大的比表面积;活性炭是目前较有效的吸附剂之一,能有效地去除废水的色度和COD。

活性炭处理染料废水在国内外都有研究,但大多数是和其他工艺耦合,其中活性炭吸附多用于深度处理或将活性炭作为载体和催化剂,单独使用活性炭处理较高浓度染料废水的研究很少。

活性炭对染料废水有良好的脱色效果。酸性品红废水的脱色较容易,碱性品红废水次之,活性黑B133废水较难。染料废水的脱色率随温度的升高而增加,pH值对染料废水的脱色效果没有太大的影响。在较佳的吸附工艺条件下,酸性品红碱性品红和活性黑B133染料废水的脱色率均超过97%,出水的色度稀释倍数不>50倍,COD<50mg/L,达到国家排放标准。

考虑到分离出的活性炭仍具有部分吸附能力,而且活性炭价格贵。因此,可以利用活性炭处理染料废水使其达到较低的中间浓度,然后再用新的活性炭使处于中间浓度的染料废水达到排放标准,以便减小成本。

3、活性炭处理印染废水的展望

近断,人们发现活性炭不仅有吸附特性,同时表现出催化特性,由此而发展起来的催化氧化法日益受到重视,其研究也在不断深化。为了提高处理效率,从研究催化氧化机理出发,改变活性炭的表面结构,提高活性炭的能力,寻找理想的吸附剂。

活性炭吸附法是一种有效的分离方法,且设备简单、操作方便、净化率高和能耗低等优点。但是由于活性炭材料常常以粉末状、颗粒状存在,其在废水中的稳定性能较低,在实际应用中,易随废水的流动而有部分流失,大大增加了活性炭的消耗。为了增加它的稳定性以及减少活性炭的消耗量,我们应考虑用一种载体将活性炭包埋其中,制作成新型的吸附剂,使活性炭与废水更稳定、更充分地接触。

色度废水的脱色是急待解决的难题,因此对色度废水脱色的研究具有现实意义。我们认为,考虑到分离出的活性炭仍具有部分吸附能力,而且活性炭价格贵,因此,可以利用这些活性炭处理色度废水,使其达到较低的中间浓度,然后再用新的活性炭使处于中间浓度的色度废水达到排放标准,以便减少成本。希望为今后活性炭吸附技术提供一个新的思路。

活性炭如果用过一次就舍弃,其吸附的有害物质就会引起二次污染,也浪费活性炭资源,增加操作费用。因此,活性炭的再生从经济、环境保护角度来看是很有必要的。目前,活性炭的再生存在一定的局限性,限制了活性炭的应用。如果再生问题取得解决,活性炭在处理色度废水中的应用会更加广泛。

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