Existen decenas de miles de variedades de tintes. Aproximadamente entre el 10% y el 20% de los tintes se vierten con aguas residuales durante el proceso de impresión y teñido. Cada 1t de aguas residuales de tintes vertidas contaminará 20t de agua. Los tintes en las aguas residuales pueden absorber la luz, reducir la transparencia del agua y provocar contaminación visual. Las aguas residuales de tinte son una de las aguas residuales industriales difíciles de tratar. Tiene las características de color intenso, alta alcalinidad, alto contenido de contaminantes orgánicos y grandes cambios en la calidad del agua. La mayoría de los colorantes son sustancias orgánicas tóxicas y refractarias con una fuerte estabilidad química y efectos cancerígenos, teratogénicos y mutagénicos; ponen en peligro directamente la salud humana, dañan gravemente los cuerpos de agua, el suelo y el medio ambiente ecológico, provocando consecuencias inimaginables. Resolver eficazmente el problema del tratamiento de aguas residuales de tintes es la clave para eliminar el cuello de botella en el desarrollo de la industria de la impresión y el teñido.
1. Las aguas residuales de tintes y su contaminación
Entre la contaminación de la industria de tintes, la contaminación de las aguas residuales de tintes es el problema más importante. En los últimos años, la descarga anual de aguas residuales de mi país ha alcanzado más de 39 mil millones de toneladas, de las cuales las aguas residuales industriales representan el 51% y las aguas residuales de tintes representan el 35% de la descarga total de aguas residuales industriales, y está aumentando a un ritmo del 1%. año tras año. Cada tonelada de aguas residuales de tintes vertidas puede causar 20 toneladas de contaminación del agua. Entre varias industrias, la de impresión, teñido y textil ocupa el cuarto lugar en emisiones de DQO, y la proporción de emisiones aumenta año tras año. Entre los "Tres Ríos y Tres Lagos", la contaminación causada por las aguas residuales de tintes en las cuencas de los ríos Taihu y Huaihe es particularmente grave.
Las aguas residuales de tinturas provienen principalmente de fabricantes de tintes e intermedios de tintes, y están constituidas por tintes, lechadas, auxiliares, etc. vertidos durante el proceso de teñido y acabado. Con el rápido desarrollo de la industria de la impresión y el teñido, las aguas residuales de tintes se han convertido en una de las fuentes más importantes de contaminación en los cuerpos de agua. La producción anual actual de tintes en el mundo es de aproximadamente (8~9)x105t. Mi país es un país importante en producción y procesamiento de textiles. Las exportaciones de textiles ocupan el primer lugar en el mundo durante muchos años. La producción anual de tintes alcanza 1,5 × 105 t, de las cuales entre el 10% y el 15% de los tintes se vierten directamente al agua. cuerpos con aguas residuales.
Las aguas residuales de tintes tienen un color intenso, un gran volumen de agua, una alta alcalinidad y una composición compleja. Es una de las aguas residuales industriales más difíciles de tratar. Los colorantes son los principales contaminantes en las aguas residuales de tintes, con varios grupos cromogénicos (como -N=N-, -N=O, etc.) y algunos grupos polares (-SO3Na, -OH, -NH2 Complex, la mayoría de ellos). Se basan en hidrocarburos aromáticos y anillos heterocíclicos. Son contaminantes orgánicos difíciles de degradar y también son una fuente importante de contaminación en las principales aguas de mi país.
La mayoría de los tintes orgánicos tienen una fuerte estabilidad química y tienen tres efectos (cancerígenos, teratogénicos y mutagénicos). Son típicos contaminantes orgánicos tóxicos y refractarios. Además, los colorantes en las aguas residuales pueden absorber la luz y reducir la transparencia del cuerpo de agua, lo que es perjudicial para el crecimiento de organismos y microorganismos acuáticos, y reduce la capacidad de autopurificación del cuerpo de agua. También causa contaminación visual, lo que daña gravemente. la masa de agua, el suelo y el entorno ecológico, ponen en peligro directa e indirectamente la salud humana.
2. Métodos de tratamiento de aguas residuales de tintes
La tecnología eficaz de degradación y tratamiento de tintes es un requisito previo importante para el tratamiento de aguas residuales de tintes. En vista de que la mayoría de los tintes son químicamente estables y difíciles de degradar, los científicos de varios países conceden gran importancia a la investigación sobre los métodos de degradación y tratamiento de los tintes y de las aguas residuales de los tintes. Con el avance de la ciencia y la tecnología y el continuo desarrollo de la tecnología de control de la contaminación, los humanos también han encontrado muchos métodos efectivos para tratar las aguas residuales de tintes, que se pueden resumir en nada más que métodos físicos y químicos, métodos biológicos y métodos físicos y químico-biológicos. métodos combinados.
2.1 Método fisicoquímico
2.1.1 Método de coagulación y sedimentación
El método de coagulación y sedimentación es actualmente un método con un efecto relativamente estable y una tecnología madura para el tratamiento de aguas residuales de tintes. . Los mecanismos generalmente aceptados son puentes, dobles capas comprimidas, redes y electroneutralización. Las características del coagulante determinan su rendimiento de sedimentación. Muchos factores ambientales, incluidos la temperatura, el pH y el Eh, pueden promover o inhibir la función de sedimentación. En los últimos años, el FPI (floculante de polímero inorgánico) se ha convertido en un tema candente en el estudio del comportamiento y mecanismo de la coagulación y floculación. En comparación con los coagulantes comunes, la IPF puede formar formas floculadas más eficazmente A13+. La principal dirección de investigación del método de coagulación es desarrollar coagulantes eficaces, especialmente coagulantes compuestos orgánicos-inorgánicos.
El coagulante compuesto inorgánico-orgánico desarrollado por Zhang Kaisong y otros tiene un efecto más obvio en el tratamiento de aguas residuales con tintes que el cloruro de polialuminio (PAC).
Los resultados de la investigación de Wu Dunhu et al. sobre el uso de coagulante compuesto de lodo de boro para tratar aguas residuales de tintes mostraron que cuando la dosis es de 0,3~0,6 g/L y el valor de pH es de 4,0~11,5, la tasa de decoloración alcanza más del 92%. , que es mejor que PAC.
2.1.2 Método de separación por membrana
La tecnología de separación por membrana tiene las ventajas de un proceso simple, un bajo consumo de energía y ninguna contaminación para el medio ambiente. Al desarrollar ellos mismos membranas de nanofiltración de acetato de celulosa (CA), Guo Mingyuan y otros señalaron que las membranas de nanofiltración de CA tienen efectos obvios en el tratamiento de aguas residuales de tintes reactivos y la recuperación de tintes. La membrana de ultrafiltración de quitosano modificado mezclada con carbón activado relleno y mezclado, y reticulado adecuadamente, tiene una tasa máxima de rechazo de decoloración del 98,8% para aguas residuales de tinte rojo ácido. Feng Bingling y otros utilizaron membranas de ultrafiltración de quitosano para tratar aguas residuales de tintes, con una tasa de decoloración de más del 95 % y una tasa de eliminación de DQO de aproximadamente el 80 %. Wu Kaifen u-yin utiliza ultrafiltración para tratar las aguas residuales de tinte índigo, lo que permite la reutilización directa de soluciones de tinte de alta concentración y el permeado se puede reciclar como agua neutra. Soma et al. utilizaron membranas de microfiltración de alúmina para filtrar aguas residuales de tintes insolubles con una tasa de rechazo de hasta el 98%.
Debido a la contaminación de las membranas, la polarización de la concentración y la frecuencia de reemplazo demasiado rápida, junto con el alto precio de las membranas, el costo de la tecnología de separación de membranas para tratar las aguas residuales de tintes es demasiado alto, lo que limita en gran medida el uso de la separación de membranas. Tecnología en aguas residuales de tintes. Aplicación y promoción en la industria de la gobernanza.
2.1.3 Método de oxidación catalítica
El método de oxidación catalítica acelera la descomposición de oxidantes en el sistema mediante catálisis y permite que este reaccione rápidamente con la materia orgánica del agua, provocando oxidación en un corto período de tiempo. Degradación oxidativa de contaminantes orgánicos. En respuesta al problema de que el uso de métodos avanzados de oxidación química y tratamiento biológico aeróbico para tratar las aguas residuales de tintes dispersos no es ideal, Zhou Jian y otros utilizaron oxidación catalítica para tratar las aguas residuales de tintes que no podían cumplir con los estándares después del tratamiento con electrólisis interna. Si trataron el antraceno a diario, los tintes dispersos de la serie de quinonas pueden alcanzar las 2500 toneladas, lo que también reduce el color y el valor de DQO de las aguas residuales de tintes que no cumplen con el estándar después del tratamiento de electrólisis interna, lo que reduce en gran medida los costos operativos. ArslanLt citó el método de oxidación con ozono catalizada por Fe2+ para tratar aguas residuales de tintes dispersos. La conclusión de la investigación señaló que cuando el método de oxidación con ozono (la dosis de aplicación es de 2300 mg/L) se utiliza solo, solo tiene un cierto efecto de degradación bajo la condición de pH=3. y decoloración La tasa de eliminación de DQO es solo del 77%, y la tasa de eliminación de DQO es solo del 11%, pero cuando se utiliza una combinación de floculación de Fe2+, oxidación de ozono y oxidación catalítica de ozono de Fe2+, la dosis de Fe "es de 0,09 ~ 18 mmol; /L, agua residual de tinte Dentro del rango de pH de 3-13, la tasa de decoloración alcanza el 97% y la tasa de eliminación de DQO también aumenta al 54%
2.1.4 Método del reactivo Fenton
.El uso de Fe3+ o Fe2+ se utiliza como catalizador. La fuerte propiedad oxidante producida en presencia de H2O2 puede oxidar muchas moléculas orgánicas. Además, el sistema de reacción no requiere altas temperaturas ni altas presiones, las condiciones de reacción no son duras. , el equipo de reacción es relativamente simple y tiene una amplia gama de aplicaciones. La conclusión de la investigación del método de coagulación por oxidación de Fenton en dosis bajas para el tratamiento de aguas residuales de tintes simuladas y reales señala que este método es particularmente adecuado para tratar aguas residuales que contienen tintes. tintes hidrófilos e hidrófobos y componentes complejos, es fácil de operar y tiene bajos costos de funcionamiento. En los últimos años, algunos estudiosos han introducido luz ultravioleta (uV), oxalato, etc. en el método Fenton, lo que ha mejorado enormemente la capacidad de oxidación. del método Fenton e hizo que el efecto del tratamiento fuera más significativo. Se ha estudiado la decoloración del Reactive Orange-4, y la conclusión de la investigación señala que la capacidad de degradación del sistema Fenton asistido por luz es mucho más fuerte que la del sistema Fenton general.
La desventaja del método Fenton es que la capacidad de oxidación es relativamente débil y el efluente de agua contiene una gran cantidad de iones de hierro y desarrolla color. En los últimos años, la tecnología de inmovilización de iones de hierro ha aumentado. convertirse en una dirección importante del método de oxidación de Fenton
2.1.5 Método de fotooxidación
El método de fotooxidación es el uso de reacciones fotoquímicas para degradar contaminantes que incluyen dos tipos: sin catalizador y sin catalizador. La primera también se llama oxidación fotoquímica y la segunda también se llama oxidación fotocatalítica. La fotodegradación generalmente se refiere a la oxidación gradual de la materia orgánica en productos intermedios de bajo peso molecular bajo la acción de la luz, generando eventualmente CO2, H20 y algunos otros. iones, como PO43-, NO3-, Cl-, etc.
El proceso de fotodegradación de la materia orgánica se puede dividir en fotodegradación directa y fotodegradación indirecta. La fotodegradación directa se refiere a reacciones químicas adicionales que ocurren después de que las moléculas orgánicas absorben energía luminosa. La fotodegradación indirecta ocurre cuando ciertas sustancias del entorno circundante absorben energía luminosa para formar un estado excitado y luego inducen una serie de reacciones de degradación oxidativa de contaminantes orgánicos. Es más eficaz en el tratamiento de contaminantes orgánicos que son difíciles de biodegradar en el medio ambiente.
2.1.6 Método de oxidación con ozono
El ozono tiene una capacidad oxidante extremadamente fuerte, además de los tintes dispersos, puede destruir el color o los grupos auxiliares de los tintes orgánicos y provocar cierto efecto de decoloración. . H． y. Shu et al. compararon la degradación de 8 tintes azoicos bajo la acción del O3 solo, la oxidación y la oxidación UV/O3. Los resultados de la investigación mostraron que puede deberse a que el agua residual del tinte es demasiado oscura y absorbe la mayor parte de la luz ultravioleta, introduciendo UV. La tasa de degradación de los tintes orgánicos no se acelera significativamente. Shi Huixiang y otros concluyeron a partir de su investigación sobre el uso de ozono para degradar el colorante azoico catiónico rojo x-GRL que el ozono decolora los tintes principalmente mediante oxidación directa.
Debido a la baja solubilidad del ozono en agua, cómo aumentar de manera más efectiva la cantidad de ozono disuelto en soluciones acuosas se ha convertido en un tema candente y clave para la investigación sobre la tecnología de oxidación del ozono. Además, el uso de ozono producirá algunos subproductos. Se debe prestar especial atención al formaldehído, acetaldehído y otros aldehídos en los compuestos carbonílicos, ya que estas sustancias tienen toxicidad aguda y crónica y ciertas propiedades cancerígenas, teratogénicas y mutagénicas. Causa Contaminación secundaria Además, el costo de los generadores de ozono es relativamente alto, por lo que no es económico usarlo solo.
2.1.7 Método de oxidación ultrasónica
Con la profundización de la investigación sobre química ultrasónica, el método de oxidación ultrasónica se considera un método limpio con buenas perspectivas de aplicación y se ha convertido en una importante Método para tratar la contaminación del agua. Una tecnología eficaz. La alta temperatura y la alta presión formadas por el efecto de cavitación acústica generado bajo la acción de ondas ultrasónicas hacen que el vapor de agua dentro de las burbujas de cavitación se disocia con otros gases para producir radicales libres, lo que desencadena la reacción química ultrasónica. NORTE. El estudio de Ince et al. sobre la influencia del pH y la estructura molecular del tinte en la eficiencia de la degradación ultrasónica mostró que el pH tiene una influencia importante en la degradación de los tintes, y el grado de degradación aumenta con la disminución del pH cuanto menor es la masa molecular; , más simple es la estructura y tiene moléculas de tinte azoico con sustituyentes hidroxilo en las posiciones adyacentes que son más susceptibles a la degradación. GRAMO. Tezcanli-Gtiyer y otros acaban de descubrir que los radicales hidroxilo atacan primero el grupo cromóforo del tinte y que el proceso de decoloración del tinte es más rápido que la destrucción del anillo aromático. J． La investigación de Ge et al. también señaló que la introducción de ultrasonidos puede acelerar eficazmente la degradación de los tintes y aumentar la tasa de mineralización.
2.1.8 Método electroquímico
La tecnología de tratamiento electroquímico ha avanzado rápidamente en los últimos años sobre la base original, ha añadido el efecto sinérgico de la oxidación, la oxidación fotocatalítica o la oxidación catalítica. Tecnología de microelectrólisis Las limitaciones del problema se han solucionado mejor. La investigación realizada por Zhou Guangyuan y otros sobre el tratamiento de aguas residuales de tintes que contienen sal muestra que la generación de cloro residual durante el proceso de tratamiento juega un papel clave en la decoloración y eliminación de DQO. Después de 1 hora de electrólisis, la tasa de decoloración puede alcanzar el 85%. y la tasa de eliminación de DQO también alcanza el 99,8%. Zhang Tingxi y otros utilizaron el método del estanque de oxidación-oxidación catalítica interna de electrólisis para tratar las aguas residuales de tinte, y la tasa de eliminación de DQO y la tasa de decoloración superaron el 95%. Qi Menglan y otros utilizaron un proceso combinado de microelectrólisis, oxidación catalítica y adsorción de cenizas volantes para tratar aguas residuales de tintes reactivos con una tasa de decoloración del 99,9 % y una tasa de eliminación de DQO superior al 95 %.
En la actualidad, los métodos electroquímicos se utilizan principalmente para eliminar compuestos contaminantes orgánicos biológicamente tóxicos. Una de las características más atractivas de este método es que puede ejercer el rendimiento electrocatalítico único de los métodos electroquímicos y puede degradar selectivamente los contaminantes orgánicos. a un nivel específico. Además, los métodos electroquímicos tienen buena sinergia con otros métodos de tratamiento y pueden usarse en combinación para lograr efectos de tratamiento ideales. Sin embargo, la inversión en equipos para la degradación completa de los contaminantes orgánicos del agua mediante métodos electroquímicos es demasiado elevada y requiere una gran cantidad de energía.
2.2 Método biológico
El método de tratamiento biológico consiste en separar y degradar oxidativamente los tintes mediante la floculación, la función de adsorción y la biodegradación de bacterias biológicas. La biofloculación y la biosorción no provocan cambios químicos en el tinte.
El proceso de biodegradación utiliza la acción de enzimas microbianas para oxidar o reducir las moléculas de tinte, destruir los grupos cromóforos y enlaces insaturados del tinte y, a través de una serie de procesos de oxidación, reducción, hidrólisis, combinación y otros, las moléculas de tinte finalmente se descomponen en sustancias inorgánicas simples, o transformarse en nutrientes o protoplasma que necesitan los propios diversos microorganismos. Existen tres tipos de métodos de tratamiento biológico: tratamiento aeróbico, tratamiento anaeróbico y tratamiento combinado anaeróbico-aeróbico.
En respuesta al hecho de que los métodos tradicionales de tratamiento biológico no pueden tratar eficazmente los tintes orgánicos en las aguas residuales de textiles y tintes, algunos académicos se han centrado en la investigación y el desarrollo de tecnología combinada anaeróbica-aeróbica en los últimos años, y han logrado logros inesperados. resultados. Algunos estudios han demostrado que al aplicar métodos aeróbicos y anaeróbicos al mismo tiempo, al obtener ventajas complementarias, muchos tintes orgánicos que no pueden degradarse oxidativamente mediante métodos biológicos aeróbicos o que tienen una degradación limitada pueden degradarse en diversos grados mediante métodos anaeróbicos.
Como una de las tecnologías prácticas de tratamiento de la contaminación del agua, el tratamiento microbiano de las aguas residuales de tintes se ha desarrollado e investigado durante muchos años. El mecanismo de decoloración y degradación microbiana es muy complejo y diverso, y muchos procesos de degradación y mecanismos de reacción aún no están claros y deben explorarse continuamente.
Debido a su bajo consumo, alta eficiencia, amplio espectro y fuerte aplicabilidad en la biodegradación de diversas sustancias xenobióticas tóxicas y nocivas que son difíciles de degradar y persisten en el medio ambiente, los hongos de pudrición blanca de Chrysanthemum chrysosporium representados por dermatofitos tienen Se convierten en armas eficaces para controlar diversos contaminantes. Muchos estudiosos denominan biotecnología ambiental innovadora a la tecnología fúngica desarrollada en los últimos años. Posiblemente debido a la acción de la lignina peroxidasa y la manganeso peroxidasa producidas durante la etapa del metabolismo secundario, muchos hongos de pudrición blanca tienen capacidades de decoloración y degradación de amplio espectro de tintes. Las condiciones de cultivo tienen un gran impacto en las actividades de decoloración y degradación de los hongos de pudrición blanca. Conneely et al. creen que los hongos de la pudrición blanca son perjudiciales para algunas aguas residuales de tintes, como Rem. azol verde azul G133, colorante ftalocianina, Everzol verde azul y Heli. El efecto de biosorción del gon blue y otros tintes es fuerte, y los tintes se decoloran y degradan mediante el metabolismo de enzimas extracelulares.
Una de las direcciones de desarrollo del uso de microorganismos para tratar aguas residuales de tintes es criar y cultivar bacterias de ingeniería de degradación eficientes. La decoloración y degradación de tintes orgánicos por microorganismos solía centrarse en bacterias anaeróbicas facultativas, como Bacillus, Pseudomonas y algunas bacterias fotosintéticas. En los últimos años, se han ido detectando gradualmente muchas especies nuevas. Algunos estudiosos utilizan Pseudomonas para tratar una variedad de aguas residuales industriales de impresión y teñido. Los resultados de la investigación muestran que la tasa de decoloración de los tintes naranja de metilo y B15 por Pseudomonas oleifera puede alcanzar más del 80%, y en tintes de alta concentración ambientalmente, Pseudomonas oleaginosa exhibe fuerte. tolerancia.
A principios de la década de 1980, la tecnología microbiana inmovilizada se convirtió en un punto de investigación para el tratamiento orgánico de aguas residuales industriales en el país y en el extranjero. Esta tecnología inmoviliza microorganismos que degradan el tinte en la superficie de un portador específico para mejorar la eficiencia de la degradación microbiana. Los microorganismos utilizados para la inmovilización pueden ser únicos o mixtos. Estudios relevantes han señalado que las bacterias mixtas tienen mejores efectos de decoloración y degradación. Con el desarrollo de la tecnología de portadores de bacterias decolorantes inmovilizadas, el tiempo de reacción de decoloración y degradación también se acorta considerablemente.
La tecnología de bioaumento consiste en agregar microorganismos con funciones específicas al sistema de tratamiento biológico para mejorar el rendimiento del tratamiento del sistema de tratamiento original y se utiliza para eliminar la materia orgánica refractaria. Las principales formas de implementar la tecnología de bioaumentación son: agregar microorganismos altamente degradables; agregar bacterias genéticamente modificadas (GEM); optimizar el suministro de nutrientes del sistema de tratamiento existente y estimular el crecimiento de microorganismos agregando sustancias similares a matrices o sustratos o aumentando su vitalidad. .
El biorreactor de membrana es también una nueva tecnología de tratamiento de aguas residuales desarrollada en los últimos años. Utilizada por primera vez en la industria de la fermentación, la tecnología de biorreactor de membrana atrajo gran atención por parte de la comunidad académica en la década de 1980. La tecnología de membranas puede atrapar organismos y reducir los organismos contenidos en el efluente. Maximice la utilización de oxígeno mediante aireación de gas sin burbujas y biorreactor de membrana. En los últimos años, los biorreactores de membrana se han utilizado con éxito para tratar aguas residuales de vías navegables, aguas residuales fecales y lixiviados de vertederos, y han comenzado a utilizarse para tratar aguas residuales de tintes. Muchos estudiosos creen que los biorreactores de membrana que contienen enzimas serán una dirección importante para el tratamiento de aguas residuales de tintes en el futuro. Debido al alto coste de fabricación y la fácil obstrucción de las membranas, la promoción integral de la tecnología de biorreactores de membranas en el campo del tratamiento de agua ha sido limitada.
Aunque los métodos biológicos se han desarrollado mucho, a medida que la biodegradabilidad de las aguas residuales de tintes disminuye, debido a los estrictos requisitos de los microorganismos sobre nutrientes, valor de pH, temperatura y otras condiciones, la aplicación práctica del tratamiento con tintes en el tratamiento de aguas residuales Sin embargo, los métodos biológicos son difíciles de adaptar a la situación real de las aguas residuales de tintes con grandes fluctuaciones en la calidad del agua, muchos tipos de tintes y alta toxicidad. Como tecnologías de bioaumentación como alta eficiencia e inmovilización de microorganismos. Muchos expertos y académicos están comprometidos con trabajos de investigación como la detección de bacterias degradantes eficientes y la construcción de bacterias genéticamente modificadas para utilizar los ricos recursos existentes de la naturaleza al servicio de la humanidad. Sin embargo, la práctica ha demostrado que se deben utilizar las bacterias eficientes recientemente desarrolladas. en el tratamiento de aguas residuales de tintes. Cuando se procesa, es posible que no se logre completamente el efecto de refuerzo esperado. Además, existen problemas de seguridad con los propios microorganismos. Las bacterias eficientes y las bacterias genéticamente modificadas se liberan en el entorno natural, lo que puede suponer una amenaza para el entorno natural y el equilibrio ecológico. Por lo tanto, la aplicación de estos métodos biológicos debe someterse a una estricta seguridad medioambiental. Inspecciones e inspecciones con antelación. Al mismo tiempo, es necesario seguir investigando y debatiendo el mecanismo de degradación de los tintes por parte de los microorganismos y el mecanismo metabólico de los microorganismos.