印染废水脱色处理试验研究

路绍琰，张亚南，王 亮，宋 达，钟云龙，骆碧君，黄西平

(自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192)

印染工艺通常包括退浆、煮练、漂白、丝光、染色、印花、整理、碱减量等不同工序，每道工序均会产生不同水质特点的废水，而印染废水即是以上各类废水的混合产物，所以，印染废水中的有机物复杂，难降解，在废水处理的过程中色度逐渐富集并沉积，造成后续处理工艺中电渗析膜污堵[1-2]，离子迁移效率不断下降，能耗不断增高，最终导致整机停滞使用，给污水处理企业造成了较大的经济损失，并且对现有废水处理工艺造成了安全隐患，亟待对印染废水进行脱色处理[3-6]。为探索各种脱色方法可行性，文章利用现场寄来的水样进行试验研究，根据其染料的偶氮健结构及化学特性，采用混凝沉淀、高级氧化、物理吸附等不同方法对印染废水进行脱色处理。根据试验结果证明氢氧化镁纳米管吸附方法可实现对印染废水的有效脱色，具有较好的应用前景。

1 脱色方法比较

1.1 投加次氯酸钠

将废水原液分别配置成9份30 mL试验水样，在每份水样中分别投加一定体积的次氯酸钠试剂(有效氯大于10%)。按照水样1～9编号，次氯酸钠投加量分别为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。经过2 h后，发现5号～9号废水水样呈现透明状，水体基本实现脱色；在延长反应时间后，1号～4号水样仍然存在不同程度的色度，如图1所示。

图1 废水投放不同剂量次氯酸钠试剂的脱色效果Fig.1 Decolorization of wastewater by different doses of sodium hypochorite reagent

根据上述试验结果可得出如下结论：该废水脱色所需投加次氯酸钠最少剂量约为1 mL(废水与试剂的体积比约为30 ∶1)，即每吨印染废水至少需投放33.3 kg次氯酸钠试剂，并且引入了大量的钠离子。综上，虽然投放试剂法操作简单，脱色效果理想，但反应时间偏长。

1.2 投加双氧水

将废水原液分别配置成9份30 mL试验水样，在每份水样中分别投加一定体积的双氧水(质量分数30%)。按照水样1～9编号，双氧水投加量分别为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。经过2 h后，发现1号～9号废水水样仍然有不同程度的颜色，脱色效果不明显，如图2所示。

虽然添加双氧水与次氯酸钠同属于氧化法脱色，它们共同的特点就是操作简单，但是从图2中可以看出，双氧水脱色颜色变化不明显，脱色效果一般，用时较长，工业上运行成本也高。

1.3 臭氧曝气法

臭氧氧化性强，可与废水中的有色有味物质发生氧化还原反应，将有色有味物质分解，从而达到臭氧脱色的目的。取1 L废水水样与容器中，利用气泵将臭氧通入废水，结合电磁搅拌使臭氧气泡与废水有机物进行充分接触，如图3所示。废水水样在经过60 min臭氧曝气后，与原废水水样相比水体色度降低显著，取得了较好的脱色效果，但臭氧设备投资较大，并且臭氧在水体中传质性能较低，氧化过程缓慢，运行效率较低。

图2 废水投放不同剂量双氧水试剂的脱色效果Fig.2 Decolorization of wastewater with different doses of hydrogen peroxide

图3 臭氧曝气处理印染废水试验效果Fig.3 Experimental effect of ozone aeration on printing and dyeing wastewater treatment

1.4 混凝沉淀法

印染废水中带有负电电荷的物质可与铝盐或铁盐所形成的带正电荷的悬浮胶体颗粒发生强烈的吸附与混凝作用，有色物质絮凝沉淀后即可实现脱色。根据吸附絮凝原理，取3个50 mL废水水样，分别以氯化铁、硫酸铝和硫酸亚铁作为絮凝剂，按照一定比例加入废水中，脱色效果如图4所示。由左向右水样中依次投加氯化铁、硫酸铝、硫酸亚铁、废水原液、次氯酸钠。

图4 废水投放不同混凝剂的脱色效果Fig.4 Decolorization effect of different coagulants on wastewater

根据上述试验对比发现：废水在加入絮凝剂后丁达尔效应显著，悬浮颗粒需经2 h以上才能缓慢沉淀。此外，絮凝脱色效率仅为80%左右，与图最右边投加次氯酸钠水样相比，水体中仍含有一定的色度，透明度较低，去除效果不够理想。综上，吸附絮凝法对于处理该类印染废水的效果不理想。

1.5 氢氧化镁吸附

将废水原液分别配置成9份30 mL试验水样，在每份水样中分别投加不同质量的商用Mg(OH)2，氢氧化镁的用量分别是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。在搅拌作用下，印染废水的颜色消失明显，大约30 min之后颜色趋于稳定。为了更清晰分析商用氢氧化镁的脱色率，测定了添加每个计量氢氧化镁的脱色率，见表1。

氢氧化镁由于缓冲性能良好(pH值最高不超过9)、活性大、吸附能力强、不具备腐蚀性、安全、无毒、无害，近年来广泛应用于酸性废水处理、印染废水脱色、重金属离子去除、废水脱磷脱铵、海(卤)水脱硼和烟气脱硫等领域，特别是带正电荷的氢氧化镁可以强烈吸附负电荷的阴离子染料而使印染废水脱色，显示了优良的脱色效果。据统计，1 t印染废水一般需要几千克到几十千克氢氧化镁不等，同时，氢氧化镁具有良好的脱附能力，可以循环使用，具有非常高的经济性。

1.6 氢氧化镁纳米管脱色试验研究

综合比较上述脱色方法的试验结果，遴选出氢氧化镁吸附具有较好的脱色效果和经济可行性，可作为印染废水脱色的技术方案。在该方法的基础上，课题组进一步研发出Mg(OH)2纳米管吸附技术，氢氧化镁纳米管是一种中空管状的一维纳米结构，具有更高的比表面积。利用该管道的特殊结构，氢氧化镁纳米管具有比普通商用氢氧化镁更高的吸附性能。

试验过程中，课题组用普通商用氢氧化镁和氢氧化镁纳米管处理印染废水，由于颜色变化很大，肉眼无法进行区别，采用脱色率来判断各水样的脱色效果。如表1、图5。

表1 氢氧化镁纳米管和商用氢氧化镁的脱色效果比较Tab.1 Comparison of decolorization effects between Mg(OH)2 nanotubes and commercial Mg(OH)2

图5 氢氧化镁加入量对脱色率的影响Fig.5 Effect of Mg(OH)2 addition on decolorization rate

根据上述试验对比发现，氢氧化镁纳米管比商用氢氧化镁的脱色效果好，用时短，用量小，是一种很有潜力的吸附剂。目前，课题组已完成对氢氧化镁纳米管制备技术的攻关，已证明通过水热工艺可以进行生产，在废水处理领域具有良好的性价比。

2 结论

针对某印染工业园区废水处理，课题组采用了不同的脱色方法，分别为投加次氯酸钠、投加双氧水，混凝沉淀、臭氧曝气法、氢氧化镁纳米管吸附，通过研究比较发现，利用氢氧化镁纳米管处理印染废水，脱色现象明显，用时短，工艺过程简单、运行成本低、脱色效果佳且无其他离子引入，无沉淀物生成等优势，具有较好的技术与经济可行性。