印染废水降解方法

印染行业是用水大户，也是排污大户。印染企业一般都建有完善的污水处理系统，污水处理后出水达一级或二级排放标准，但由于水资源的日渐短缺和严重污染，无论从企业成本角度还是社会环保的发展要求，印染废水进行深度处理后回用已十分必要。本公司对印染企业做了大量的研究及试验工作，开发了整套HS印染废水回用解决方案，回用水水质达工厂用水标准，为企业解决排污及降低生产成本提供的服务。

有机合成染料是印染废水中的主要污染物质，其广泛应用于工业、农业领域，其中以偶氮染料〔1, 2〕和蒽醌染料〔3, 4〕的应用 为普遍。有机合成染料具有长残留性、高色度、抗生物降解性等特点，对自然环境和人类健康具有极大的威胁，如何有效控制有机合成染料对环境的污染是国内外学者研究的热点。传统的有机合成染料降解方法有吸附法、混凝法和微生物法。吸附法处理成本高，且只是简单的污染物相转移，不能根本清除污染物。混凝法受来水水质影响大，生成泥渣量大且脱水困难，容易对环境产生二次污染。微生物法虽然能够分解污染物，但无法有效去除污染物色度，且容易生成毒性更大的产物〔5〕。因此，研究高效节能的降解技术对于有机染料废水处理技术的开发具有重要意义。

1999年，Jiasheng Cao等〔6〕首次采用零价铁〔zero-valent iron，ZVI〕降解偶氮染料，并提出零价铁可应用于水体有机染料的原位修复。由于零价铁价廉易得，处理成本低，对人体无害，且处理效果好，近年来将其用于降解有机染料的研究报道日趋增加〔1, 7, 8, 9〕，采用零价铁处理染料废水已成为新的研究热点。

笔者从零价铁降解有机染料的机理、动力学模型、影响因素及零价铁复合工艺的应用等方面，介绍了零价铁降解印染废水的研究进展，并对其发展前景进行了展望。

1 零价铁的研究与发展

在过去30 年中，铁被认为是在水处理领域中 有效的处理材料之一。铁共有4种价态，且每种价态均已被应用到水处理工艺中〔10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21〕。近年来，很多学者对零价铁在印染废水处理中的应用进行了一系列创新性的研究。Yang He等〔22〕对零价铁快速脱色3种常见有机染料——偶氮染料、蒽醌染料及三苯甲烷染料的效果进行了研究，并证明零价铁是一种对有机染料普遍有效的还原剂。Fei Pan等〔23〕应用零价铁/活性炭系统对有机染料进行降解，发现该种方法具有降解效率高、反应时间短、成本低、没有中间产物及二次污染等多种优势。尽管如此，由于零价铁自身的物理、化学性质，其在应用中还存在以下问题：〔1〕由于零价铁还原性强、比表面积大及表面能大，很容易被氧化并生成氧化物覆盖在零价铁表面，这大大降低了反应的比表面积〔24〕，导致降解效率降低;〔2〕由于有机染料具有亲质性，容易在环境中被有机质吸附，由此降低了吸附到零价铁表面的速率，影响了降解效率〔25〕。为解决零价铁应用过程存在的上述问题，需要对零价铁技术进行改进。普遍采用的方法有：〔1〕物理辅助方法，如超声;〔2〕将零价铁工艺与其他工艺复合联用，如ZVI-UASB复合工艺。其中，将零价铁与其他工艺复合联用的方法能够显著提高处理效果，可灵活应用于水体和土壤修复中，成为目前研究 多的方法，其在印染废水处理方面具有十分广泛的应用前景。

2 零价铁降解印染废水的机理

还原反应和吸附絮凝反应是零价铁降解有机染料的主要途径。Zhengxian Chen等〔26〕研究发现，纳米零价铁对于活性有机染料甲基橙的降解机理为还原作用与吸附絮凝作用，这很好地证明了上述观点。下面从还原作用、吸附絮凝作用2个方面详细介绍零价铁降解印染废水的机理。

2.1 还原作用

零价铁是一种化学性质活泼的金属，具有较强的还原能力，其标准还原电位为-0.440 V。由于零价铁具有强还原能力，它能够改变有机污染物的分子结构，从而降低其毒性。零价铁对于印染废水的还原降解机理，主要是通过强还原反应断裂染料的发色基团或助色基团，如偶氮染料的偶氮双键〔见反应方程式〔1〕〕、蒽醌染料中的蒽醌环〔以苯醌为例，见反应方程式〔2〕〕来达到脱色矿化的目的。还原反应的具体路径可分为以下5步：〔1〕反应物从溶液主体扩散至零价铁表面;〔2〕反应物被零价铁表面所吸附;〔3〕反应物与零价铁在铁表面进行还原反应;〔4〕反应产物从零价铁表面解析;〔5〕反应产物重新扩散至溶液主体中〔27〕。

2.2 吸附絮凝作用

吸附絮凝作用是零价铁降解印染废水的另一种重要途径。很多研究表明，在pH偏碱性条件下，吸附絮凝作用是零价铁降解印染废水的主要途径。零价铁对有机染料具有吸附作用，而零价铁氧化反应所生成的铁盐亦是一种常规的高效絮凝剂，能够与有机染料形成络合物，从而达到有效降解有机染料的目的。