综述纺织废水处理的可能方法

原文作者 Chandrakant R. Holkar, Ananda J. Jadhav, Dipak V. Pinjari, Naresh M. Mahamuni,Aniruddha B. Pandit

Chemical Engineering Department, Institute of Chemical Technology Mumbai, N. P. Road, Matunga (E), Mumbai, 400019, India

摘要：纺织废水是纺织工业发展除了如固体废物和废物管理的资源些小问题以外的一个主要的环境障碍。纺织工业使用多种合成染料和排放大量的色度高、面料难以吸收的废水。这种高度的纺织废水严重影响光合作用。它对水生生物也有低渗透和耗氧量的影响。在合成染料中发生金属和氯的相关反应对于某些海洋生物也是致命的。所以,纺织废水排放之前必须经过处理。在这篇文章中,不同的处理方法处理纺织废水已经随着成本了单位体积的水处理。处理方法讨论了涉及氧化方法(空化、光催化氧化、臭氧、过氧化氢、fenton过程), 物理方法(吸附和过滤),生物方法(真菌、藻类、细菌、微生物燃料电池)。综述文章也会推荐可能的补救措施来处理不同类型操作产生的纺织废水。

关键词：纺织废水；空化；臭氧；过氧化氢；细菌微生物；燃料电池；成本分析

1简介：

工业化在任何一个国家的发展当中都起着重要的作用。纺织行业作为一个重要的新兴工业领域并迅速在印度发展起来。纺织行业使用不同的资源、原材料如棉花、羊毛和合成纤维。本次研究考虑的是棉花纺织行业。纺织行业也可以分为两种即干布和湿布行业。干布行业产生固体废物而湿面料行业产生液体废物。本次研究考虑所有纺织行业后续的分步操作。处理操作如退浆、精练、漂白、丝光、染色、印刷和完成阶段都包含在湿布行业。在织物制作过程中, 湿处理纺织工业的水的利用和废水产生取决于具体操作。

纺织工业是污水废水的主要创造者由于利用的水湿处理操作不同。这些污水废水含有化学物质如酸、碱、染料、过氧化氢、淀粉、表面活性剂分散代理和肥皂的金属。所以,在它的环境影响方面,据估计,纺织工业使用更多的水比其他任何行业,在全球范围内,几乎所有污水排放严重污染。中等大小的纺织工厂消耗水约200 L每天每公斤织物加工。据世界银行估计,纺织染整处理给织物产生大约17 - 20%的工业废水。

在印度，由于全球对聚酯和棉花的高需求，纺织工业消耗了大约80%的染料。这些废水中的染料严重影响植物的光合作用。它们还会对水生生物产生影响，因为它们的光渗透和耗氧量都很低。由于金属和氯的出现，它们也可能对某些海洋生物造成致命的危害。悬浮颗粒会阻塞鱼鳃并杀死它们。它们还降低了藻类生产食物和氧气的能力。此外，染料对某些城市污水处理有影响，比如紫外线去污等。

目前，在纺织工业中使用芳香族和杂环染料。染料的结构复杂而稳定，不仅在纺织废水中，而且在任何复杂的基质中，都面临着更大的困难。染料、有机化合物的矿化，以及纺织工业和染料制造业产生的废水的毒性，是一个主要的挑战，也是一个生态问题。因此，了解和发展真正的纺织废水处理在生态上是值得注意的。

因此，本文的主要目的是对棉纺工业的不同湿处理步骤进行全面的调查，并对纺织废水中染料的处理方法进行分析。这篇综述也解释了从纺织工业废水中去除染料的最常用方法(化学、物理和生物)的关键研究。

2．纺织业

纺织行业纤维;将纤维转化为纱线，并将纱线转变成织物，然后这些织物经过几个阶段的湿处理。图1(Vigo，2013)揭示了纺织品织物湿处理的一些阶段，并在随后的章节中详细讨论。

2.1上浆和退浆

染色和印刷等纺织品湿法受到织物中浆料的存在影响，例如，淀粉的出现阻碍染料分子的扩散。在染色前需要消除淀粉，然后再进行印刷。酶、稀释的矿物酸水解或氧化被用于去除这种浆液化的化学物质的水解或氧化过程将淀粉转化为简单的水溶性产品。脱浆的废水在300~450 ppm和4-5的pH值中有更多的生物需氧量(BOD)，使其去除。过氧化氢的氧化作用可用于淀粉分解成二氧化碳和水。另一种方法是，用将其转化为乙醇的酶来缓解淀粉的问题。蒸馏回收的乙醇，可以作为燃料，从而减少对处理的基本生物氧需求(BOD)。

2.2漂白

面料中天然的颜色物质负责面料的外观。为了得到一种鲜艳的白色织物，在漂白过程中去除织物中的自然色物质是至关重要的。在早些时候，低氯酸盐被用作漂白剂。现在，低氯酸盐被另一种漂白剂，如H2O2和过醋酸酯交换。过乙酸是一种对低氯漂白剂的环保替代品。高光泽和较低的纤维纱破坏是过乙酸的主要优点之一。

2.3碱化

在漂白后进行棉织物的丝光处理，使其具有光泽，并促进染料的吸收。基本上，它是通过高浓度的氢氧化钠 (大约18~24%)对棉织物进行处理的。在此过程中，棉织物在NaOH溶液中进行了纵向收缩。在这里，可以通过拉伸织物或在张力下拉紧织物来避免这种纵向收缩。多余的腐蚀性会在1~3分钟后被冲掉，同时棉织物还会在压力下保留。然后，该材料获得了光泽、易染性和提高吸光性的首选性能。摘要膜技术或多效蒸发器可用于洗涤水中的氢氧化钠。

2.4染色和印花

染色是一种用染料染色的织物或纱线。像偶氮基、羰基、硝基、醌类和像胺、羧基、磺酸盐和羟基等色素组的颜色。偶氮基和蒽醌是最重要的群体。这些基团也会造成污染，使纺织废水无法直接排放。图2描述了用于染色不同纤维的主要染料类型。

印刷工艺中涉及的重要反应与染色工艺相似。染色时，染料在溶液中被应用，在印刷时;染料被涂抹在染料的浓浆中，以防止其扩散。印刷废水也含有与印染废水类似的污染物成分。

2.5修整

在这步，面料被暴露在几种不同的加工过程中。最后的加工工艺用于改善织物的属性。在修整过程中，对织物的柔化、防水、抗菌、防紫外线等特性进行了特殊的处理。最后的工序也会造成污染。图3列几乎了在不同的湿处理阶段可能产生的一些水污染物。

3纺织工业水污染物标准

由于对环境和社会的不安全因素，对纺织废水的排放有严格的要求。废水排放标准(表1)由于原料的变化，不同种类的染料和设备，有太多的参数。这些标准是由中央污染控制委员会(CPCB)的国家环境保护部门根据当地环境和环境安全必需品而制定的，不是固定的。

纺织废水中的金属离子、染料和染料因其对环境和人的危害而引起了人们的关注。摘要近年来，由于水的缺乏，废水的回收和再利用受到了人们的广泛关注。今天的关注点不是用于去除色度的技术，而是在能够产生可再利用的水的技术中，去除毒性，使芳香族化合物矿物化或处理染料，处理盐，不产生有毒的污泥，甚至根本不会产生污泥。30年前，去除色度的技术很重要，现在我们都掌握了。因此，在后续的章节中讨论了染料矿化的废水处理过程，而不是用于去除色度。

4。纺织废水处理工艺

纺织废水具有高色度、高含量COD和盐(总溶解固体、TDS)负荷。棉染工业生产的纺织废水存在活性染料而具有高污染性，而活性染料不容易生物处理。水的色度导致了淡水的缺乏，这对于水生生物的发展是至关重要的。结果，它导致了环境的不平衡。减少用于饮用的河水的治理费用;它应该没有任何颜色和有毒化合物。因此，在将纺织废水排入河流之前，许多处理过程(图4)包括物理、化学、生物化学、混合处理过程，以一种经济和有效的方式对其进行处理。这些技术被证实对纺织废水的处理具有非常高的效果。

4.1物理方法

凝固的物理方法对含有分散染料的废水的脱色很有帮助。它们还具有低脱色效率，使废水具有活性和还原染料的要求。低脱色效率和大量的合成污泥也限制了它们的使用。

由于含有多种染料的废水具有更大的脱色效果，吸附方法受到了广泛的关注。高亲和力、化合物的能力和吸附性的再生能力是在选择吸附剂的过程中需要考虑的主要特征。活性炭是一种有效的吸附剂，用于广泛的染料。但是，它的高价格和再生的困难限制了表征的应用。为了吸附方法的经济实用，一些研究人员采用低成本吸附材料，如泥炭、膨润土、粉煤灰和聚合物树脂等。一些科学家还尝试了许多生物资源，如麦渣、姜粉、磨碎的坚果壳、果核和土豆植物废料，以用于纺织废水的脱色。在表2中总结了各种吸附剂和染料。但是，由于其再生和/或倾倒、污泥的产生以及吸附的高价格等问题，对这些吸附物的应用有一定的限制。因此，吸附剂应应用于低浓度的污染物或低成本或容易再生的过程中。

过滤技术如超滤(UF)、纳米过滤(NF)和反渗透(RO)已经被用于回收和再利用水。对于滤水器的选择及其渗透性，必须考虑对分离方法所必需的纺织废水的含量和温度。在纺织工业染色过程中，膜的应用可再生活性染料和助剂的循环利用，同时减少生物需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)和纺织废水的颜色。但是，膜也有很明显的缺点，如初始投资的成本，可能的膜污染以及另一种含有水的不溶性染料(如靛蓝染料)和需要进一步处理的淀粉的产生。

4.2氧化方法

由于其应用的简单性，是常用的染料降解方法。这些氧化技术可以被归类为高级氧化过程(AOP)和化学氧化。这些过程有能力降解有毒的初始和副产品化学物质、染料、农药，在一定程度上或完全在环境条件下。这些氧化技术可以单独使用，也可以相互协同使用。这种协同作用被称为混合高级氧化过程(AOP)技术。

混合高级氧化过程(AOP)是产生足够羟基自由基的过程。这些氢氧自由基是一种强大的氧化剂。这些氧化剂的氧化电位为2.33伏，与过氧化氢或高锰酸钾等常规氧化剂相比，其氧化反应速度更快。氢氧自由基比大多数染料反应速率高。这些羟基自由基还能氧化大部分复杂的有机和无机化学物质在纺织废水中。这些AOP过程中包含了空穴，这是通过被称为声空化的超声波辐射，或者通过像孔口、文丘里管等被称为水动力空泡的液压装置来产生的。这些AOP过程还包括光催化氧化(使用太阳光激活半导体催化剂)和Fenton化学(Fe3 离子和H2O2之间的反应)。Fentons试剂是一种合适的化学物质(主要是一种铁盐)，它可以促进复杂有机污染物的氧化(通过促进H2O2分解)，从而对生物降解有抵抗作用。它也被证明在降解可溶性和不溶性染料方面有作用。Fenton方法的一个主要缺点是由于混合了试剂和染料分子的絮凝作用而产生的铁泥。

化学氧化法使用氧化剂如O3和H2O2。臭氧和H2O2在pH值较高的情况下形成了强的非选择性羟基自由基。由于高氧化电位，这些辐射能有效地破坏染色团的共轭双键，以及其他功能基团，如复杂的芳香族环。随后形成的更小的非染色团分子会减少废水的颜色。这些方法对双粘合染料分子很有用。这些氧化剂有较低的降解速率，这与由于羟基自由基的产生而导致的AOP过程是一样的。臭氧的一个主要优点是臭氧可以在气态中使用，因此不会增加废水的体积，也不会导致污泥的产生。然而，使用臭氧的主要缺点是，它可能产生有毒的副产品，甚至是由废水中可生物降解的染料产生。

臭氧化的缺点是成本，由于其在pH值为7时，其半衰期为10分钟，因此臭氧化是必不可少的。由于染料的存在，这快速的半衰期可以减慢。臭氧的稳定性也受到盐分、pH值和温度的影响。在pH值为8.5的碱性条件下，臭氧分解速度更快。因此，需要持续监测纺织废水的pH值。由于高浓度的羟基自由基的产生，紫外线和H2O2的联合处理也可能使染料的降解成为可能。该方法结合紫外线和H2O2的结合方法，对不含污泥的纺织废水具有优势，并能减少臭味。在这里，紫外线被用来激活H2O2分解为羟基自由基。这些羟基自由基会导致染料或有机物质的化学氧化，并将其与二氧化碳和水分子矿化。紫外线辐射强度、pH值、染料分子结构和染料浴成分等参数需要进行优化，以获得更大的染色速率。因此，自由基可以通过臭氧和过氧化氢的结合产生。在其他方面，自由基也可以由臭氧或过氧化氢的作用产生，在能量消散的成分中。在这里，紫外线、阳光或超声波是能量消耗的组分。这些混合技术的治疗时间与任何一种单独的方法都不一样但同时也与更高的能源成本有关。

表3显示了氧化处理过程中一些典型的氧化处理过程。它还说明了用于治理的氧化过程、染料和工作的重要成果。也可以从表3中观察到，更多的工作是在实验室规模上完成的，大量的工作应该集中在规模的设计方法上。

本文中讨论的几种用于纺织废水处理的物理/氧化方法的总结说明，空化是近年来用于纺织废水处理的一种技术，但在这方面只报告了几项研究。该空化技术可用于降低污水流的毒性水平，降低COD对TOC的比率，提高生物降解指数(BI)(BOD5比COD)和降低颜色的比例。因此，空化技术是一种节能的选择，可以作为预处理方法与其他先进的氧化过程或生物方法相结合。就成本而言，空化技术需要比其他方法更低的治理成本。

4.3生物方法

生物过程只去除在纺织废水中溶解的物质。在系统中，有机负荷/染料与微生物负荷、温度、氧浓度等因素对去除效率有影响。在氧需求的基础上，生物方法可分为有氧、厌氧、缺氧或兼性或混合性。一种有氧的方法是利用微生物在氧气存在的情况下进行处理，而厌氧方法则利用微生物在缺氧的情况下对其进行处理。厌氧法和好氧法的结合是在实际实践中采用厌氧法处理化学需氧量(COD)的纺织废水，然后采用有氧抛光处理来处理低COD的纺织废水。只有当废水COD相当高时，高于3g/L，这是产生废水的情况下，无氧过程产生的“甲烷生成沼气”是可能的。

纺织废水完全降解的生物方法有以下优点:(a)生态环境友好型，(b)成本竞争，(c)较少的污泥生产，(d)给予非有害的代谢物或全矿化(e)比物理/氧化方法消耗更少的水(更高的浓度或更少的稀释要求)

生物降解方法的效率取决于所选微生物的适应性和酶的活性。因此，大量的微生物和酶被分离出来，并试图降解几种染料。强效微生物的分离及其降解是纺织品废水处理的一个有趣的生物状态。大量的微生物

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