印染廢水如何降解

北極星環保網訊:有機合成染料是印染廢水中的主要汙染物質，其廣泛應用於工業、農業領域，其中以偶氮染料〔1, 2〕和蒽醌染料〔3, 4〕的應用最為普遍。有機合成染料具有長殘留性、高色度、抗生物降解性等特點，對自然環境和人類健康具有極大的威脅，如何有效控制有機合成染料對環境的汙染是國內外學者研究的熱點。傳統的有機合成染料降解方法有吸附法、混凝法和微生物法。吸附法處理成本高，且只是簡單的汙染物相轉移，不能根本清除汙染物。混凝法受來水水質影響大，生成泥渣量大且脫水困難，容易對環境產生二次汙染。微生物法雖然能夠分解汙染物，但無法有效去除汙染物色度，且容易生成毒性更大的產物〔5〕。因此，研究高效節能的降解技術對於有機染料廢水處理技術的開發具有重要意義。

1999年，Jiasheng Cao等〔6〕首次採用零價鐵〔zero-valent iron，ZVI〕降解偶氮染料，並提出零價鐵可應用於水體有機染料的原位修復。由於零價鐵價廉易得，處理成本低，對人體無害，且處理效果好，近年來將其用於降解有機染料的研究報導日趨增加〔1, 7, 8, 9〕，採用零價鐵處理染料廢水已成為新的研究熱點。

筆者從零價鐵降解有機染料的機理、動力學模型、影響因素及零價鐵複合工藝的應用等方面，介紹了零價鐵降解印染廢水的研究進展，並對其發展前景進行了展望。

1 零價鐵的研究與發展

在過去30 年中，鐵被認為是在水處理領域中最有效的處理材料之一。鐵共有4種價態，且每種價態均已被應用到水處理工藝中〔10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21〕。近年來，很多學者對零價鐵在印染廢水處理中的應用進行了一系列創新性的研究。Yang He等〔22〕對零價鐵快速脫色3種常見有機染料——偶氮染料、蒽醌染料及三苯甲烷染料的效果進行了研究，並證明零價鐵是一種對有機染料普遍有效的還原劑。Fei Pan等〔23〕應用零價鐵/活性炭系統對有機染料進行降解，發現該種方法具有降解效率高、反應時間短、成本低、沒有中間產物及二次汙染等多種優勢。儘管如此，由於零價鐵自身的物理、化學性質，其在應用中還存在以下問題：〔1〕由於零價鐵還原性強、比表面積大及表面能大，很容易被氧化並生成氧化物覆蓋在零價鐵表面，這大大降低了反應的比表面積〔24〕，導致降解效率降低;〔2〕由於有機染料具有親質性，容易在環境中被有機質吸附，由此降低了吸附到零價鐵表面的速率，影響了降解效率〔25〕。為解決零價鐵應用過程存在的上述問題，需要對零價鐵技術進行改進。普遍採用的方法有：〔1〕物理輔助方法，如超聲;〔2〕將零價鐵工藝與其他工藝複合聯用，如ZVI-UASB複合工藝。其中，將零價鐵與其他工藝複合聯用的方法能夠顯著提高處理效果，可靈活應用於水體和土壤修復中，成為目前研究最多的方法，其在印染廢水處理方面具有十分廣泛的應用前景。

2 零價鐵降解印染廢水的機理

還原反應和吸附絮凝反應是零價鐵降解有機染料的主要途徑。Zhengxian Chen等〔26〕研究發現，納米零價鐵對於活性有機染料甲基橙的降解機理為還原作用與吸附絮凝作用，這很好地證明了上述觀點。下面從還原作用、吸附絮凝作用2個方面詳細介紹零價鐵降解印染廢水的機理。

2.1 還原作用

零價鐵是一種化學性質活潑的金屬，具有較強的還原能力，其標準還原電位為-0.440 V。由於零價鐵具有強還原能力，它能夠改變有機汙染物的分子結構，從而降低其毒性。零價鐵對於印染廢水的還原降解機理，主要是通過強還原反應斷裂染料的發色基團或助色基團，如偶氮染料的偶氮雙鍵〔見反應方程式〔1〕〕、蒽醌染料中的蒽醌環〔以苯醌為例，見反應方程式〔2〕〕來達到脫色礦化的目的。還原反應的具體路徑可分為以下5步：〔1〕反應物從溶液主體擴散至零價鐵表面;〔2〕反應物被零價鐵表面所吸附;〔3〕反應物與零價鐵在鐵表面進行還原反應;〔4〕反應產物從零價鐵表面解析;〔5〕反應產物重新擴散至溶液主體中〔27〕。

2.2 吸附絮凝作用

吸附絮凝作用是零價鐵降解印染廢水的另一種重要途徑。很多研究表明，在pH偏鹼性條件下，吸附絮凝作用是零價鐵降解印染廢水的主要途徑。零價鐵對有機染料具有吸附作用，而零價鐵氧化反應所生成的鐵鹽亦是一種常規的高效絮凝劑，能夠與有機染料形成絡合物，從而達到有效降解有機染料的目的。

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