¿Avance de la investigación sobre el tratamiento físico y químico de las aguas residuales de impresión y teñido?
1 Métodos físicos para tratar las aguas residuales de impresión y teñido
Los métodos físicos comúnmente utilizados para tratar las aguas residuales de impresión y teñido incluyen adsorción, coagulación y tratamiento con membrana. Normalmente, las tecnologías de adsorción y tratamiento con membrana se utilizan como tecnologías de tratamiento avanzadas para el tratamiento biológico, mientras que la tecnología de coagulación se puede colocar delante o detrás de la sección de tratamiento biológico según las circunstancias específicas. Estas técnicas pueden lograr mejores resultados. Pero en términos generales, este tipo de tecnología solo transfiere la fase de los contaminantes en las aguas residuales y no puede eliminar fundamentalmente la contaminación. Además, el consumo de material correspondiente es grande, lo que aumenta el costo del tratamiento y restringe la promoción y aplicación a gran escala.
1.1 Método de adsorción
Cuando las aguas residuales de impresión y teñido se mezclan con materiales porosos o pasan a través de un lecho filtrante compuesto por sus partículas, los contaminantes entran en los poros de los materiales porosos o se adhieren a sus superficies y se eliminan. El método de adsorción es adecuado para aguas residuales de impresión y teñido de baja concentración y se utiliza principalmente para tratamientos avanzados. Actualmente, el adsorbente más utilizado es el carbón activado, pero el costo de simplemente usar la adsorción con carbón activado para tratar las aguas residuales de impresión y teñido es muy alto.
En los últimos años, el foco de la investigación se ha centrado principalmente en encontrar y desarrollar un nuevo tipo de adsorbente barato y fácilmente disponible, y modificarlo para mejorar el rendimiento de la adsorción. Sus tipos y propiedades principales se muestran en la Tabla 1. .
1.2 Método de coagulación
El método de coagulación tiene un proceso sencillo y es fácil de operar y gestionar. Sin embargo, debido a la amplia variedad de tintes, es difícil que un solo coagulante se adapte a la compleja composición de las aguas residuales de impresión y teñido. Por lo tanto, la tendencia de desarrollo de esta tecnología es desarrollar nuevos coagulantes no tóxicos de alta eficiencia y modificarlos. agentes existentes y nos esforzamos por lograr múltiples usos en un solo agente.
Actualmente, entre los floculantes comúnmente utilizados se incluyen los floculantes inorgánicos, los floculantes orgánicos y los floculantes biológicos. Los floculantes inorgánicos incluyen principalmente coagulantes de bajo peso molecular, como sales de aluminio y sales de hierro, así como coagulantes de alto peso molecular, como cloruro de polialuminio (PAC) y sulfato poliférrico. La coagulación tradicional con sal de aluminio siempre ha sido dominante. Sus flóculos son pequeños y de forma estable. Tiene un efecto de tratamiento ideal en la mayoría de las aguas residuales de tintes, pero la reacción es lenta y se ve muy afectada por la temperatura y la toxicidad del hierro. >La sal reacciona rápidamente, tiene grandes flóculos y es fácil de desestabilizar y precipitar. Tiene una alta eficiencia de decoloración para los tintes hidrófobos, pero el efecto de decoloración de los tintes hidrófilos no es ideal. Una dosificación inadecuada hará que el efluente parezca amarillo y la DQO. tasa de eliminación más baja. Algunas investigaciones se centran en materiales ferromagnéticos, haciendo que los contaminantes no magnéticos adquieran magnetismo a través de la coagulación de semillas magnéticas, y logrando una separación magnética para acortar el tiempo. Pak et al. [1] trituraron los residuos generados durante el proceso de fabricación de acero (su composición contiene óxido de hierro magnético) para tratar las aguas residuales textiles. Su tasa de sedimentación es 10 veces mayor que la del FeCl3 o PAC. Las tasas de eliminación de DQO y nitrógeno total y fósforo total son altas; Jia Hongyi et al. [2] utilizaron las propiedades superparamagnéticas de las partículas magnéticas de nano-Fe3O4 para sedimentar rápidamente el coagulante formado por partículas magnéticas, sales ferrosas y materia orgánica bajo la acción de un campo magnético externo, la tasa de eliminación de DQO es un 15% mayor que cuando solo se agrega sal ferrosa.
Los floculantes de polímeros orgánicos floculan más rápido y de manera más estable que los floculantes inorgánicos, usan menos, se ven menos afectados por los depósitos de sal, el valor del pH y la temperatura, y producen menos residuos, por lo que tienen mejores perspectivas de aplicación. Las principales variedades incluyen poliacrilamida, ácido poliacrílico, cloruro de polidimetildialilamonio, poliamina, etc. Debido a la toxicidad de los polímeros sintéticos, los floculantes poliméricos naturales no tóxicos, como el quitosano, están recibiendo cada vez más atención. Sin embargo, el quitosano sólo se puede disolver en soluciones débilmente ácidas con baja solubilidad. Se ha convertido en una tendencia inevitable introducir grupos en las moléculas de quitosano para modificarlas y mejorar la capacidad quelante del quitosano. Liu Yunxue et al. [3] compararon los efectos de coagulación del carboximetilquitosano y el quitosano en las aguas residuales de impresión y teñido de fábricas de toallas, bajo las mismas condiciones de proceso, la tasa de decoloración y la tasa de eliminación de DQO del primero fueron mejores que las del segundo.
En los últimos años, los floculantes biológicos se han desarrollado rápidamente. Tienen un efecto floculante sobre los coloides y la materia suspendida en el agua sin contaminación secundaria. Tienen las ventajas de una alta eficiencia, no toxicidad y una amplia gama de objetos de floculación. y efectos de decoloración únicos. Sin embargo, el costo es mayor y todavía existen algunos problemas técnicos.
1.3 Separación por membrana
Debido a las ventajas de no cambiar de fase, equipo simple y fácil operación, la tecnología de separación por membrana se ha desarrollado y madurado rápidamente y ha alcanzado escala industrial. no es adecuado para el tratamiento directo de aguas residuales de impresión y teñido, de lo contrario, fácilmente provocará una contaminación grave de la membrana y será difícil de regenerar; la tecnología de separación de membrana se utiliza para un tratamiento avanzado para reducir y eliminar la materia orgánica residual, el color y las sales inorgánicas. El uso combinado de tecnologías como la separación de microorganismos, floculantes o catalizadores sólidos formados en el proceso anterior tiene excelentes resultados y el efluente puede cumplir con los estándares de reutilización. Cong Lize et al. [4] utilizaron el método de coagulación y sedimentación para pretratar las aguas residuales de impresión y teñido con DQO hasta 2500 mg/L y croma hasta 10 000 veces, y luego utilizaron un proceso que combina un biorreactor de membrana y un sistema de separación de membrana de nanofiltración. Se redujo a 30 mg/L, el NH3-N se redujo a 8 mg/L y la cromaticidad fue 0. La membrana de nanofiltración separa principalmente sustancias biodegradables de moléculas pequeñas, como pigmentos. Una empresa de Zhejiang [5] utiliza una combinación de ultrafiltración y ósmosis inversa para tratar las aguas residuales de impresión y teñido. La ultrafiltración puede eliminar parte de la materia orgánica y el color. Más importante aún, puede eliminar coloides, bacterias, virus y otras impurezas que pueden obstruir la membrana de ósmosis inversa. , prolongando el proceso de ósmosis inversa y la vida útil de la membrana; la ósmosis inversa puede eliminar el 98% de la sal, eliminar completamente la dureza y también tiene un alto efecto de eliminación de DQO y croma, y el efluente cumple completamente con los estándares de agua pura.
2 Método de oxidación química
El método de oxidación química puede causar reacciones químicas y descomposición de tintes orgánicos en aguas residuales de impresión y teñido. Los oxidantes comúnmente utilizados incluyen O2, O3, ClO2, H2O2 y nuevos. Espera ecológica de MnO2. Todos estos oxidantes pueden sufrir reacciones redox con tintes, pero debido al alto costo o la baja eficiencia, las personas agregan catalizadores a los oxidantes para generar ˙OH con mayor actividad de oxidación, mejorando así su rendimiento de oxidación. El color de los tintes en las aguas residuales de impresión y teñido proviene del sistema químico de moléculas de tinte, que contienen grupos insaturados -N=N-, C=C, -N=O, C=O, C=S-, -CH = N- isocromóforos [6]. ˙OH tiene un potencial de oxidación estándar de hasta 2,8 eV. Es el oxidante más fuerte, excepto el flúor. Puede descomponer eficazmente la estructura del sistema de estrangulamiento en moléculas orgánicas incoloras y oxidar selectivamente por completo la mayoría de las sustancias orgánicas en CO2, H2O y. otras sustancias inorgánicas.
2.1 Método de oxidación fotoquímica
El método de oxidación fotoquímica para el tratamiento de aguas residuales de impresión y teñido no se ve afectado por las fluctuaciones en las especies de iones de sal, la concentración de materia orgánica y el valor del pH. No hay contaminación secundaria. y las condiciones de funcionamiento son suaves. El uso de luz ultravioleta para irradiar la superficie de TiO2 para generar ˙OH y así oxidar los contaminantes orgánicos es el método principal en el laboratorio. Sin embargo, para imprimir y teñir aguas residuales con mucho color, el efecto del tratamiento no es ideal debido a la mala transmisión de luz.
Por lo tanto, el enfoque de la investigación se ha desplazado del método de oxidación fotocatalítica mediante rayos ultravioleta al método de oxidación fotosensible mediante luz visible. Debido a que el tinte en sí es un fotosensibilizador, puede excitarse con la luz visible y transferir electrones al TiO2. Los electrones de la banda de conducción formados son capturados por el oxígeno en el agua, formando así ˙O2- y ˙OH, lo que ayuda indirectamente al catalizador. excitado, ampliando así el potencial. La utilización del rango de longitud de onda de la luz, o incluso la utilización directa de la luz solar, reduce en gran medida los costos de procesamiento. Las medidas tomadas por el laboratorio incluyen: cambiar el enfoque de la lente del dispositivo colector de luz [7], colector parabólico compuesto [8], galvanoplastia de luminol [9], tecnología combinada similar a Fenton [8-10], etc., todas que han logrado buenos resultados. Los resultados de funcionamiento de la planta piloto del proceso de oxidación fotosensible que cubre un área de 50 m2 en Túnez muestran que la luz solar puede eliminar la materia orgánica refractaria y la cromaticidad [11], incluso de manera más eficiente que el laboratorio (el rendimiento cuántico puede alcanzar el 15%), y Puede mejorar las propiedades bioquímicas de las aguas residuales es de gran importancia en áreas soleadas, pero la eficiencia lumínica de la luz solar es demasiado baja, lo que hace que las instalaciones de tratamiento ocupen un área más grande.
2.2 Método de oxidación electroquímica
La investigación sobre el método de oxidación electroquímica se centra principalmente en la mejora de los electrodos, mejorando el rendimiento catalítico de los materiales de los electrodos y mejorando la eficiencia de la corriente para reducir el consumo de energía. Wen Yi et al. [12] utilizaron un electrodo electrocatalítico de nanotubos de carbono como ánodo y una lámina de acero inoxidable como cátodo para descomponer y tratar aguas residuales de impresión y teñido simuladas que contenían rojo brillante reactivo X-3B cuando la densidad de corriente era de 20 mA/cm2. .A, podría tratarse en condiciones ácidas. Oxidación electrocatalítica efectiva de tintes orgánicos en condiciones bajas; Sakalis et al. [13] utilizaron diamante dopado con niobio/boro como ánodo para procesar cuatro tipos de tintes azoicos, y el efecto fue equivalente. a Pt/Ti.
A. Koparal et al. [14] utilizaron ánodos de anillo de Raschig de diamante dopados con boro para tratar el rojo básico 29 en un reactor de torre de goteo bipolar. En condiciones óptimas, la tasa de decoloración y la tasa de eliminación de DQO. fueron respectivamente 97,2% y 91%, mientras que la densidad de corriente es de sólo 1mA/cm2.
Las aguas residuales de impresión y teñido a menudo contienen una gran cantidad de sales inorgánicas, que tienen una fuerte conductividad y no necesitan agregar electrolitos adicionales. Los estudios han demostrado que la eficiencia de la electrólisis aumentará cuando las aguas residuales contengan haluros, entre los cuales el NaCl tiene el mayor impacto. No solo puede reducir el consumo de energía y la floculación, sino también formar ClO- en el ánodo para continuar la oxidación. A. Sakalis et al. [15] también encontraron que Na2SO4 tiene un efecto similar y puede generar S2O32-, pero el efecto no es tan obvio como el NaCl.
Además, el O2 producido por electrólisis o el O2 proporcionado por el mundo exterior también se puede reducir para generar H2O2 en el cátodo, similar a la combinación con el reactivo de Fenton. Chen Junshui et al. [16] reemplazaron Fe2+ por Co2+, lo que resultó en una mayor capacidad catalítica y una descomposición más rápida del rojo de bromopirogalol.
El tratamiento electroquímico de aguas residuales de impresión y teñido es rápido y eficiente, y tiene muchas ventajas. Sin embargo, debido a su elevado precio, actualmente no tiene muchas aplicaciones prácticas y se centra principalmente en la investigación. Mecanismos microscópicos, productos intermedios y su toxicidad.
2.3 Método de oxidación húmeda
El método de oxidación húmeda (WAO) es un método que utiliza oxígeno disuelto para oxidar la materia orgánica en aguas residuales en condiciones de alta temperatura y alta presión. Las condiciones operativas de este proceso son duras, con requisitos estrictos para el reactor y largos tiempos de residencia. En los últimos años, la tecnología de oxidación húmeda catalítica (CWAO) destinada a reducir la temperatura y la presión de la reacción ha recibido amplia atención e investigación.
Cómo hacer que las condiciones de reacción sean suaves es la clave del proceso de oxidación catalítica húmeda. Sung-ChulKim et al. [17] utilizaron 10 g de arcilla columnar de Al-Cu para tratar una solución de azul 19 reactivo de 1000 mg/L bajo catálisis de H2O2. Bajo presión normal y 80 °C, se pudo eliminar por completo en 20 minutos. al mismo tiempo que se retiene. Se inhibe la disolución del Cu. YanLiu et al. [18] utilizaron Fe2O3-CeO2-TiO2/γ-Al2O3 como catalizador e introdujeron aire durante 2,5 horas a temperatura y presión normales para decolorar, eliminar la DQO y eliminar 500 mg/L de aguas residuales de tinte simulado de naranja de metilo. La tasa de eliminación de DQO y la tasa de eliminación de TOC pueden alcanzar el 98,09%, 97,50% y 97,08% respectivamente; HongzhuMa et al [19] utilizaron arcilla columnar de Cu para catalizar H2O2 para tratar una solución de azul 19 reactivo de 1000 mg/L a presión normal y 80. °C. Procesar durante 20 minutos. HongzhuMa et al. [19] trataron una solución de naranja de metilo de 300 mg/l con oxígeno catalítico CuO-MoO3-P2O5 a presión normal, 35 °C y pH = 5. La tasa de decoloración fue solo del 55 %, mientras que en las mismas condiciones, El azul de metileno se eliminó durante 10 minutos. La tasa de decoloración puede alcanzar el 99,26%.
2.4 Método de Fenton
El reactivo de Fenton es un sistema de oxidación compuesto por una mezcla de H2O2 y Fe2+ que se descompone catalíticamente mediante Fe2+ o Fe3+ en condiciones ácidas (generalmente pH<3,5). ˙OH y ˙O2H son muy activos, mientras que los iones Fe también tienen un efecto de floculación. Al utilizar el método Fenton para tratar aguas residuales de impresión y teñido de textiles, se descubrió que el efecto de floculación de los iones Fe es mucho mayor que el efecto de oxidación de los radicales libres. Esta tecnología tiene una alta eficiencia de eliminación y es fácil de operar, pero el entorno de reacción ácida provocará corrosión en el equipo, por lo que se requiere un tratamiento de neutralización antes de la descarga y la concentración de Fe2+ en el efluente es alta. Li Shaofeng et al. [21] utilizaron el reactivo de Fenton para tratar muestras de agua preparadas con 9 tipos de tintes reactivos. El valor del pH estaba entre 3 y 5. El reactivo de Fenton tuvo un buen efecto de degradación en los 9 tipos de tintes, con una eliminación de cromaticidad. tasa de más del 90% y eliminación de DQO la tasa está entre el 40% y el 80%. La región del espectro de absorción UV-visible después de la reacción ya no tiene la absorción característica de los dobles enlaces N=N y las estructuras aromáticas
, lo que indica que esta parte de la estructura de la molécula de tinte ha sido completamente destruida por el método de Fenton. reactivo. Si el reactivo de Fenton se usa solo para oxidar la materia orgánica en aguas residuales de impresión y teñido, el consumo de H2O2 es demasiado grande y el costo del tratamiento es alto. Generalmente debe usarse junto con otras tecnologías. En los últimos años, algunas personas han introducido luz ultravioleta [20], oxalato, etc. o catalizadores fijos [22-24] en el proceso Fenton, que pueden mejorar aún más su capacidad de oxidación, ampliar el rango de pH aplicable e inhibir la disolución de Fe. .
Ji Yunfeng et al. [25] recubrieron Fe en suelo despojado de manchas como un catalizador Fenton ligero para oxidar el tinte azoico naranja II, con una tasa de decoloración del 100% y una tasa de eliminación de TOC del 50% ~ 50%. A. Durán et al. [8] compararon el efecto de la tecnología foto-Fenton al inyectar o no oxalato al tratar la solución reactiva de azul 4, y encontraron que la primera ayuda a formar una atmósfera de bajo pH, mejora la velocidad de reacción y la La tasa de eliminación de DQO y TOC es mejor que la de este último.
2.5 Oxidación catalítica inducida por microondas
Las microondas son una onda electromagnética con una longitud de onda de 1 mm ~ 1 my una frecuencia de 300 ~ 300000 MHz. Las microondas en líquidos pueden hacer que las moléculas polares giren a alta velocidad, produciendo efectos térmicos; muchas sustancias magnéticas, como los metales de transición y sus compuestos, el carbón activado, etc., tienen una gran capacidad de absorción de las microondas y, a menudo, se utilizan como catalizadores para inducir reacciones químicas. Cuando se exponen a la radiación de microondas, se vuelven desiguales. Una superficie desigual creará muchos "puntos calientes" con energía mucho mayor que otras partes e inducirá radiación de electrones de alta energía. Las reacciones inducidas, como la radiación de electrones de alta energía, la oxidación del ozono, la fotólisis ultravioleta y el plasma en desequilibrio, pueden generar altas temperaturas y formar sustancias oxidativas activas, que pueden descomponer directamente la materia orgánica o la materia orgánica macromolecular en materia orgánica de moléculas pequeñas.
Zhang Guoyu et al. [26] utilizaron carbón activado granular como catalizador para realizar el tratamiento de oxidación inducida por microondas de aguas residuales con tinte Arrow Red BF-3B 150%. El efecto fue significativamente mejor que el uso de oxidación por microondas. adsorción de carbón activado solo, y fue la mejor. En las condiciones, las tasas de eliminación de croma y DQO fueron del 99,6% y 96,8% respectivamente. La radiación de microondas puede desorber eficazmente la materia orgánica en la superficie del carbón activado, regenerar el carbón activado y promover la disolución y el reciclaje de la materia orgánica. Sin embargo, el carbón activado tiene poca resistencia mecánica y las perturbaciones provocadas por las microondas, las altas temperaturas y la dinámica de fluidos pueden dañar o incluso romper su estructura, afectando así su actividad catalítica y su vida útil. En los últimos años, los catalizadores utilizados se han desplazado gradualmente hacia los metales y sus compuestos. Por ejemplo, Zhang Huiling et al. [27] utilizaron CuO/γ-Al2O3 para reemplazar el carbón activado, lo que tiene efectos obvios en la decoloración. la velocidad aumenta en un 30% y la vida útil del catalizador también se extiende; Hongguang et al. [28] indujeron alúmina modificada por oxidación por microondas para tratar BF-BR, azul Jacqueline y otros tintes, y la actividad catalítica y la vida útil fueron superiores. al carbón activado granular.
2.6 Oxidación catalítica ultrasónica
El efecto del tratamiento ultrasónico no se ve afectado por el color de la solución y puede conseguir una decoloración completa y una mineralización del 100%. La cavitación ultrasónica puede producir alta temperatura local, alta presión y alta fuerza de corte en el líquido, induciendo que las moléculas de agua y las moléculas de tinte produzcan escisión por radicales libres ˙OH. Además, el N2 y el O2 disueltos en la solución también pueden sufrir reacciones de escisión por radicales libres. Los radicales libres ˙N y ˙O desencadenan además una variedad de reacciones, mineralizando la materia orgánica del agua en materia inorgánica o convirtiéndola en pequeños compuestos moleculares fácilmente biodegradables, y también pueden promover la floculación. Dado que la concentración de radicales libres generados por ultrasonido es limitada, la tasa de conversión de energía es baja y el efecto no es ideal [29] Actualmente, se utilizan catalizadores [30] o combinados con otras tecnologías de oxidación para mejorar la eficiencia. Maezawa et al. [31] encontraron que las ondas ultrasónicas mejoraron la eficiencia de descomposición fotocatalítica del naranja ácido 52 y la tasa de eliminación de TOC, y no se vieron afectadas por el Cl-. Esto puede deberse a que las ondas ultrasónicas aumentan el área de superficie del catalizador. y mejorar la tasa de transferencia de masa. El H2O2 generado en la superficie del catalizador promueve la generación de ˙OH. Ki-TaekByun et al. [32] eliminaron el azul de metileno en 30 minutos en condiciones de luminiscencia acústica de múltiples burbujas, que es mucho más rápido que la luz ultravioleta catalítica de TiO2 ordinaria, pero al mismo tiempo confirmaron que la luz emitida por las microburbujas en ese momento. del colapso tiene poco efecto sobre la oxidación del tinte. La investigación de JianhuiSun et al. [33] muestra que las ondas ultrasónicas pueden mejorar significativamente la capacidad del reactivo de Fenton para oxidar el negro ácido 1 con una concentración baja de Fe2+. En condiciones óptimas, la tasa de eliminación alcanza el 98,83% en 30 minutos, evitando el contenido de ordinario. Fenton.G. Problema de lodos de hierro. Tezcanli-Güyer et al. [34] encontraron que las ondas ultrasónicas tienen un efecto catalítico sobre el O3 y los rayos ultravioleta y pueden mejorar la transferencia de masa de O3, mientras que el H2O2 generado en la superficie del catalizador favorece la producción de ˙OH. Cuando los tres métodos funcionan juntos, el rendimiento de Acid Red 7 La tasa de descomposición mejora enormemente.
Fu Dexue et al. [35] utilizaron un sistema de electrólisis de ánodo dual sinérgico ultrasónico de titanio y hierro para oxidar agua de impresión y teñido que contenía azul lago alcalino 5B, integrando cavitación ultrasónica, oxidación catalítica del ánodo, oxidación de radicales libres electrogenerados y Al integrar la floculación eléctrica, la tasa de eliminación de DQO alcanza el 90,2% y la tasa de decoloración alcanza el 98,3%.
3 Conclusión
Los métodos mencionados anteriormente para tratar las aguas residuales de impresión y teñido tienen cada uno sus propias ventajas y desventajas. El costo de tratamiento de los métodos físicos es generalmente mayor, entre los que se encuentran el método de adsorción y el método de adsorción. La tecnología de separación por membrana es adecuada como tecnología de tratamiento avanzada; el método de oxidación química tiene una alta eficiencia de tratamiento y menos contaminación secundaria, y se está volviendo cada vez más popular. Sin embargo, el costo de producción directa es costoso, lo que restringe la aplicación práctica de estos eficientes. tecnologías. Un proceso de tratamiento más eficaz es combinar la tecnología de oxidación química con la tecnología bioquímica, aprovechar al máximo sus respectivas ventajas, reducir la toxicidad biológica de las aguas residuales de impresión y teñido mediante tratamiento físico y químico, mejorar su biodegradabilidad y luego utilizar un tratamiento bioquímico de menor costo. métodos. La tecnología de adsorción y separación por membranas es más adecuada como tecnología de reutilización de efluentes o agua recuperada que tiene requisitos de proceso estrictos.
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