污水处理技术工艺

吸附法处理染料废水的研究进展

发布日期:2019-05-13 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

染料废水具有成分复杂、毒性强、色泽深、有机物和无机盐浓度高、难生化降解等特点。染料废水的处理方法有氧化法、吸附法、膜分离法、絮凝法和生物降解法等。吸附在废水处理中起着特殊的作用,因为它能选择性地富集某些化合物。

吸附是指利用多孔固体(吸附剂)在表面累积或凝结气体或液体混合物的一个或多个组分,以作分离之用。常用的吸附剂有活性炭、树脂等吸附剂材料。本文主要介绍了吸附法在染料废水处理中的研究进展。

1 活性炭吸附法

活性炭吸附法是一种早期的去除水中溶解性有机物的方法,但其再生困难,处理成本高,应用范围狭窄。一般可用于低浓度染料废水的处理或深度处理。活性炭是目前最有效的吸附剂之一,但大多数活性炭在去除色度和COD时与其它工艺是耦合的,因此活性炭吸附主要用于深度处理或以活性炭为载体和催化剂。单独使用活性炭处理高浓度染料废水的研究较少。

近年来,通过对活性炭吸附过程的进一步了解,许多科学家在吸附机理和活性炭预处理技术方面取得了很大的进展。G.M.Walker等人研究了三种酸性染料在活性炭上的吸附行为,发现只有14%的比表面积起吸附作用。一方面是由于多分子层的吸附,另一方面是由于活性炭中的许多微孔太小,不能吸附染料大分子。胡中华将活性炭浸泡在氯化锌溶液中,然后在110℃的炉中用N2活化,炉内温度升至800℃。用CO2代替活性气体,最后用盐酸清洗,与子水分离,干燥后,得到更多的活性炭。其比表面积大于2400m2g,孔道分布以中孔为主,对大分子染料有良好的吸附效果。主要原因是CO_2、CO_2在800℃时有适度的氧化作用,可以打开新的微孔或将一些微孔扩展成介孔。因此,可以通过控制气体流量来控制活性炭的孔结构,从而获得对特定染料分子吸附最合适的活性炭。

生物活性炭吸附法是将吸附法和生化法组合的方法。该方法中的活性炭作为固定介质增强了微生物的活力,从而提高了对染料废水的处理效果。对于那些具有较好生物降解性的染料,由于活性炭的吸附,附着在微生物上的活性炭表面上的染料浓度增加,因此提高了处理效果;对于那些难以降解的染料分子,效果可能更好。仅仅附着活性炭导致活性炭的孔分布集中在中孔中(微生物在一些大孔中生长)。当然,应该注意微生物的浓度。如果微生物浓度过高,活性炭的孔隙将被堵塞,处理效果差。如果可以开发技术,那么在没有组合工艺处理染料废水的情况下,它将成为现实。

目前,国内外关于活性炭再生的报道很多,包括高温热解、溶剂溶解、生物降解、电化学再生和超临界流体萃取等。目前,这些方法并不完善,还存在着碳损失量大、溶解效率低、难生物降解、处理成本高、反应条件恶劣等问题,限制了活性炭吸附在染料废水处理中的应用。

2 树脂吸附法

20世纪后期,随着离子交换树脂和吸附树脂等功能材料的工业应用,树脂吸附法也被引入废水处理领域,但在染料废水处理领域的研究和应用相对较少。于英研究了nki树脂对活性蓝kn-r染料的吸附行为,取得了良好的处理效果。Luzhaoyang等人也对此进行了研究,但树脂吸附染料的机理尚未完善。研究了活性染料经改性后对树脂的吸附行为。实验表明,吸附过程符合一级动力学方程。吸附包括物理吸附和化学吸附,但主要是基于物理吸附。

3 矿物及废弃物吸附法

天然矿物主要包括各种粘土、矿石、煤等,储量普遍丰富。我国还存在大量的矿渣、煤渣、粉煤灰等废弃物,且成本较低,因此这些无机吸附剂的应用前景比较广阔。Konduru R.Ramakridhna等人比较了无机吸附剂如泥炭、钢渣、膨润土和粉煤灰与活性炭的吸附性能。钢渣和粉煤灰对酸性染料、泥炭和膨润土对碱性染料的吸附效果与活性炭相当,且这四种吸附剂对分散染料的吸附效果优于活性炭。这一结果为低成本吸附剂的工业应用提供了科学依据。李虎杰等人研究了酸化凹凸棒石粘土对阳离子染料(桃红FG,质量浓度为500 mg/L)的吸附性能。结果表明,当吸附剂的质量浓度为2400 mg/L时,对染料的吸附率为92%。在应用这些矿物和废物时,还应注意防止二次污染,因为这些物质通常含有重金属等污染物,因此有必要调整适当的反应条件(特别是PH),以防止这些污染物的溶解。

许多科学家对一些天然原料和农业精制碳进行了进一步的处理,并研究了它们的吸附行为。其中,桉树、稻壳、竹子、小麦杆、壳、野草、马铃薯皮、花生壳、李子科、棕榈果等天然碳纤维经处理后对染料有较好的吸附效果,但如何处理这些吸附剂仍有待解决。一些植物干燥后,植物内部的细胞结构形成空腔,可以用来吸附染料。生物体内的酶会促进这些染料的进一步分解,其中,水葫芦的根、一些细菌、一些绿藻可以被利用。

4 其他新材料吸附法

近年来,为了进一步提高染料废水的吸附处理效果,科学家克服了上述吸附剂的缺点,研究了一些新合成材料的吸附行为。

R.Werbowesky等人使用聚氨酯泡沫从水中提取染料,以达到净化水质和回收资源的目的。当研究了pH值、染料浓度和盐浓度对分离的影响时,发现双模模型可以解释所有这些现象,认为聚氨酯泡沫对染料的影响包括溶剂萃取和表面吸附。而表面吸附起着较大的作用。交联多糖或壳聚糖由于含有大量的羟基和氨基等官能团,对活性染料、直接染料和酸性染料有很强的吸附作用。此外,它们来源丰富,无毒,抗菌和可生物降解。未来可能实现工业应用。实验结果表明,交联多糖对染料具有良好的吸附性能,吸附机理主要为离子交换、氢键和聚合物网状结构形成的物理吸附。此外,还有一些特殊的无机吸附剂,如新型生态氢氧化镁和二氧化锰。

吸附法处理染料废水的研究进展

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