路紹琰，張亞南，王 亮，宋 達，鐘云龍，駱碧君，黃西平

(自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

印染工藝通常包括退漿、煮練、漂白、絲光、染色、印花、整理、堿減量等不同工序，每道工序均會產(chǎn)生不同水質(zhì)特點的廢水，而印染廢水即是以上各類廢水的混合產(chǎn)物，所以，印染廢水中的有機物復雜，難降解，在廢水處理的過程中色度逐漸富集并沉積，造成后續(xù)處理工藝中電滲析膜污堵[1-2]，離子遷移效率不斷下降，能耗不斷增高，最終導致整機停滯使用，給污水處理企業(yè)造成了較大的經(jīng)濟損失，并且對現(xiàn)有廢水處理工藝造成了安全隱患，亟待對印染廢水進行脫色處理[3-6]。為探索各種脫色方法可行性，文章利用現(xiàn)場寄來的水樣進行試驗研究，根據(jù)其染料的偶氮健結(jié)構(gòu)及化學特性，采用混凝沉淀、高級氧化、物理吸附等不同方法對印染廢水進行脫色處理。根據(jù)試驗結(jié)果證明氫氧化鎂納米管吸附方法可實現(xiàn)對印染廢水的有效脫色，具有較好的應用前景。

1 脫色方法比較

1.1 投加次氯酸鈉

將廢水原液分別配置成9份30 mL試驗水樣，在每份水樣中分別投加一定體積的次氯酸鈉試劑(有效氯大于10%)。按照水樣1～9編號，次氯酸鈉投加量分別為0.3 mL、0.5 mL、0.7 mL、0.9 mL、1.1 mL、1.3 mL、1.5 mL、1.7 mL和1.9 mL。經(jīng)過2 h后，發(fā)現(xiàn)5號～9號廢水水樣呈現(xiàn)透明狀，水體基本實現(xiàn)脫色；在延長反應時間后，1號～4號水樣仍然存在不同程度的色度，如圖1所示。

圖1 廢水投放不同劑量次氯酸鈉試劑的脫色效果Fig.1 Decolorization of wastewater by different doses of sodium hypochorite reagent

根據(jù)上述試驗結(jié)果可得出如下結(jié)論：該廢水脫色所需投加次氯酸鈉最少劑量約為1 mL(廢水與試劑的體積比約為30 ∶1)，即每噸印染廢水至少需投放33.3 kg次氯酸鈉試劑，并且引入了大量的鈉離子。綜上，雖然投放試劑法操作簡單，脫色效果理想，但反應時間偏長。

1.2 投加雙氧水

將廢水原液分別配置成9份30 mL試驗水樣，在每份水樣中分別投加一定體積的雙氧水(質(zhì)量分數(shù)30%)。按照水樣1～9編號，雙氧水投加量分別為0.5 mL、0.7 mL、0.9 mL、1.1 mL、1.3 mL、1.5 mL、1.7 mL、1.9 mL和2.1 mL。經(jīng)過2 h后，發(fā)現(xiàn)1號～9號廢水水樣仍然有不同程度的顏色，脫色效果不明顯，如圖2所示。

雖然添加雙氧水與次氯酸鈉同屬于氧化法脫色，它們共同的特點就是操作簡單，但是從圖2中可以看出，雙氧水脫色顏色變化不明顯，脫色效果一般，用時較長，工業(yè)上運行成本也高。

1.3 臭氧曝氣法

臭氧氧化性強，可與廢水中的有色有味物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應，將有色有味物質(zhì)分解，從而達到臭氧脫色的目的。取1 L廢水水樣與容器中，利用氣泵將臭氧通入廢水，結(jié)合電磁攪拌使臭氧氣泡與廢水有機物進行充分接觸，如圖3所示。廢水水樣在經(jīng)過60 min臭氧曝氣后，與原廢水水樣相比水體色度降低顯著，取得了較好的脫色效果，但臭氧設備投資較大，并且臭氧在水體中傳質(zhì)性能較低，氧化過程緩慢，運行效率較低。

圖2 廢水投放不同劑量雙氧水試劑的脫色效果Fig.2 Decolorization of wastewater with different doses of hydrogen peroxide

圖3 臭氧曝氣處理印染廢水試驗效果Fig.3 Experimental effect of ozone aeration on printing and dyeing wastewater treatment

1.4 混凝沉淀法

印染廢水中帶有負電電荷的物質(zhì)可與鋁鹽或鐵鹽所形成的帶正電荷的懸浮膠體顆粒發(fā)生強烈的吸附與混凝作用，有色物質(zhì)絮凝沉淀后即可實現(xiàn)脫色。根據(jù)吸附絮凝原理，取3個50 mL廢水水樣，分別以氯化鐵、硫酸鋁和硫酸亞鐵作為絮凝劑，按照一定比例加入廢水中，脫色效果如圖4所示。由左向右水樣中依次投加氯化鐵、硫酸鋁、硫酸亞鐵、廢水原液、次氯酸鈉。

圖4 廢水投放不同混凝劑的脫色效果Fig.4 Decolorization effect of different coagulants on wastewater

根據(jù)上述試驗對比發(fā)現(xiàn)：廢水在加入絮凝劑后丁達爾效應顯著，懸浮顆粒需經(jīng)2 h以上才能緩慢沉淀。此外，絮凝脫色效率僅為80%左右，與圖最右邊投加次氯酸鈉水樣相比，水體中仍含有一定的色度，透明度較低，去除效果不夠理想。綜上，吸附絮凝法對于處理該類印染廢水的效果不理想。

1.5 氫氧化鎂吸附

將廢水原液分別配置成9份30 mL試驗水樣，在每份水樣中分別投加不同質(zhì)量的商用Mg(OH)2，氫氧化鎂的用量分別是0.5 mg/mL、1.0 mg/mL、1.5 mg/mL、2.0 mg/mL、2.5 mg/mL、3.0 mg/mL、3.5 mg/mL、4.0 mg/mL、5.0 mg/mL。在攪拌作用下，印染廢水的顏色消失明顯，大約30 min之后顏色趨于穩(wěn)定。為了更清晰分析商用氫氧化鎂的脫色率，測定了添加每個計量氫氧化鎂的脫色率，見表1。

氫氧化鎂由于緩沖性能良好(pH值最高不超過9)、活性大、吸附能力強、不具備腐蝕性、安全、無毒、無害，近年來廣泛應用于酸性廢水處理、印染廢水脫色、重金屬離子去除、廢水脫磷脫銨、海(鹵)水脫硼和煙氣脫硫等領域，特別是帶正電荷的氫氧化鎂可以強烈吸附負電荷的陰離子染料而使印染廢水脫色，顯示了優(yōu)良的脫色效果。據(jù)統(tǒng)計，1 t印染廢水一般需要幾千克到幾十千克氫氧化鎂不等，同時，氫氧化鎂具有良好的脫附能力，可以循環(huán)使用，具有非常高的經(jīng)濟性。

1.6 氫氧化鎂納米管脫色試驗研究

綜合比較上述脫色方法的試驗結(jié)果，遴選出氫氧化鎂吸附具有較好的脫色效果和經(jīng)濟可行性，可作為印染廢水脫色的技術(shù)方案。在該方法的基礎上，課題組進一步研發(fā)出Mg(OH)2納米管吸附技術(shù)，氫氧化鎂納米管是一種中空管狀的一維納米結(jié)構(gòu)，具有更高的比表面積。利用該管道的特殊結(jié)構(gòu)，氫氧化鎂納米管具有比普通商用氫氧化鎂更高的吸附性能。

試驗過程中，課題組用普通商用氫氧化鎂和氫氧化鎂納米管處理印染廢水，由于顏色變化很大，肉眼無法進行區(qū)別，采用脫色率來判斷各水樣的脫色效果。如表1、圖5。

表1 氫氧化鎂納米管和商用氫氧化鎂的脫色效果比較Tab.1 Comparison of decolorization effects between Mg(OH)2 nanotubes and commercial Mg(OH)2

圖5 氫氧化鎂加入量對脫色率的影響Fig.5 Effect of Mg(OH)2 addition on decolorization rate

根據(jù)上述試驗對比發(fā)現(xiàn)，氫氧化鎂納米管比商用氫氧化鎂的脫色效果好，用時短，用量小，是一種很有潛力的吸附劑。目前，課題組已完成對氫氧化鎂納米管制備技術(shù)的攻關(guān)，已證明通過水熱工藝可以進行生產(chǎn)，在廢水處理領域具有良好的性價比。

2 結(jié)論

針對某印染工業(yè)園區(qū)廢水處理，課題組采用了不同的脫色方法，分別為投加次氯酸鈉、投加雙氧水，混凝沉淀、臭氧曝氣法、氫氧化鎂納米管吸附，通過研究比較發(fā)現(xiàn)，利用氫氧化鎂納米管處理印染廢水，脫色現(xiàn)象明顯，用時短，工藝過程簡單、運行成本低、脫色效果佳且無其他離子引入，無沉淀物生成等優(yōu)勢，具有較好的技術(shù)與經(jīng)濟可行性。