1, 염료 폐수 및 그 오염
염료 폐수의 오염 문제는 염료 공업에서 가장 두드러진다. 최근 몇 년 동안 우리나라의 연간 하수 배출량은 390 억 톤에 달하는데, 그중 공업 오수는 5 1% 를 차지하고, 염료 폐수는 공업 폐수 배출량의 35% 를 차지하며 1% 의 속도로 해마다 증가하고 있다. 배출당 1t 염료 폐수는 20t 수질오염을 일으킬 수 있다. 모든 업종에서 날염방직업의 COD 배출량은 4 위이며 배출 비율은 해마다 증가하고 있다. 삼하 삼호' 에서 염료 폐수는 태호와 회하 유역의 오염이 특히 심각하다.
염료 폐수는 주로 염료와 염료 중간체의 생산업체에서 나온 것으로 염색 가공 과정에서 배출되는 염료, 슬러리, 보조제로 구성되어 있다. 날염업계가 급속히 발전함에 따라 염료 폐수는 이미 수역에서 가장 중요한 오염원 중 하나가 되었다. 현재 세계 염료의 연간 생산량은 약 (8~9)x 105t 이다. 중국은 방직품 생산과 가공대국으로 방직품 수출이 여러 해 연속 세계 1 위를 차지했다. 연간 염료 생산량은 1.5× 105t 에 달하며, 여기서 약 10% ~ 15% 의 염료는 폐수와 함께 직접 수역으로 배출된다.
염료 폐수의 색도가 높고, 수량이 크고, 알칼리도가 높고, 성분이 복잡하여 처리하기 어려운 공업 폐수 중의 하나이다. 염료는 염료 폐수의 주요 오염물로, 다양한 발색기 (예: -N=N-, -N=O 등) 를 함유하고 있다. ) 와 일부 극성 그룹 (-SO3Na, -OH, -NH2). 성분이 복잡하고, 다방면과 잡환류로 분해되기 어렵고, 우리나라의 주요 수역의 중요한 오염원이기도 하다.
유기 염료의 대부분은 강한 화학적 안정성을 가지고 있으며, 발암, 기형 발생, 돌연변이 유발 효과가 있으며, 전형적인 유독성 내화성 유기 오염 물질이다. 또한 폐수 속의 염료는 빛을 흡수하고 수역의 투명성을 낮추며 수생 생물과 미생물의 성장에 불리하며, 수역의 자체 정화 능력을 떨어뜨린다. 시각 오염을 일으키고, 수역, 토양, 생태 환경을 심각하게 파괴하며, 직접적으로 간접적으로 인체 건강을 해친다.
2. 염료 폐수 처리 방법
염료의 효과적인 분해와 처리 기술은 염료 폐수를 처리하기 위한 중요한 전제 조건이다. 대부분의 염료는 화학적 성질이 안정적이어서 분해하기 어렵기 때문에, 세계 각국의 과학자들은 염료 및 염료 폐수의 분해와 처리 방법에 대한 연구를 매우 중시한다. 과학기술이 발전하고 오염제어 기술이 발달하면서 인류는 염료 폐수를 처리하는 효과적인 방법을 많이 찾아냈는데, 이는 물화법, 생물법, 물화-생물조합법으로 요약할 수 있다.
2. 1 구체화 방법
2.1..1응고 침전 법
응고 침전법은 현재 염료 폐수를 처리하는 비교적 안정적이고 성숙한 방법이다. 보편적으로 받아들여지는 메커니즘은 브리징, 압축 이중층, 네트워크 캡처, 전기 중화이다. 응고제 자체의 특성에 따라 침전 성능이 결정됩니다. 온도, pH, Eh 를 포함한 많은 환경 요인이 침전 기능을 촉진하거나 억제할 수 있습니다. 최근 몇 년 동안, IPF (무기고분자 응고제) 는 이미 응고 행위와 이치를 연구하는 핫스팟이 되었다. IPF 는 일반 응고제보다 더 효과적인 응집 형태를 형성할 수 있다. 응고법의 주요 연구 방향은 효과적인 응고제, 특히 유기-무기복합응고제를 개발하는 것이다.
장 등에서 개발한 무기-유기복합응고제는 염료 폐수 처리에 폴리 염화 알루미늄보다 효과가 뛰어나다. 오돈호 등은 플루토늄 복합응고제로 염료 폐수를 처리하는 것을 연구했다. 그 결과 투입량이 0.3 ~ 0.6 g/L 이고 pH 값이 4.0~ 1 1.5 이면 탈색률이 92% 이상이며 PAC 보다 우수함을 알 수 있습니다.
2. 1.2 막 분리법
막 분리 기술은 공예가 간단하고, 에너지 소비량이 낮으며, 환경에 오염이 없는 등의 장점을 가지고 있다. 자율적으로 개발한 초산섬유소 (CA) 나노 필터를 통해 곽명원 등은 CA 나노 필터가 활성 염료 폐수의 처리와 재활용 효과가 뚜렷하다고 지적했다. 활성탄을 충전한 개조성 껍데기 폴리당 한외 여과막으로 적절한 가교 결합을 거쳐 산성 붉은 염료 폐수의 최대 탈색 유지율이 98.8% 에 달했다. 폰 등은 키토산 한외 여과막을 이용하여 염료 폐수를 처리한다. 탈색률은 95% 이상이고, 대구 제거율은 80% 정도입니다. 오개핀은 한외 여과법으로 남색 염료 폐수를 처리하여 염료 고농도 용액의 직접적인 재사용을 실현하고, 액체를 통해 중성수로 재사용할 수 있다. Soma 등 mo 는 산화 알루미늄 미세 여과막으로 불용성 염료 폐수를 여과하여 98% 까지 체류했다.
막오염, 농도극화, 교체 빈도가 너무 빠르며, 막값이 비싸기 때문에 막분리 기술이 염료 폐수를 처리하는 데 드는 비용이 너무 높아 염료 폐수 처리업계에서 막분리 기술의 응용과 보급을 크게 제한하고 있다.
2. 1.3 촉매 산화
촉매 산화법은 촉매작용을 통해 시스템 내 산화제의 분해를 가속화함으로써 물 속의 유기물과 신속하게 반응하여 유기오염물이 단기간에 산화되어 분해된다. 고급 화학산화와 산소생물처리를 위해 분산 염료 폐수의 효과가 좋지 않은 문제를 해결하기 위해, 주건 등은 촉매산화법을 사용하여 내부 전기 분해 처리 후 표준에 미치지 못하는 염료 폐수를 처리하고, 하루 2500t 에 달할 뿐만 아니라, 내부 전기 분해 처리 후 표준에 미치지 못하는 염료 폐수의 색도와 COD 값을 낮추어 운영비용을 크게 낮췄다. ArslanLt 는 Fe2+ 촉매 오존 산화법 분산 염료 폐수 처리를 소개했다. 오존 산화법 (투가량 2300 mg/L) 만 단독으로 사용할 경우 pH=3 조건 하에서만 어느 정도의 분해효과가 있고, 탈색률은 77%, 대구제거율은 1 1% 에 불과하다는 연구결과가 나왔다. Fe2+ 응집, 오존 산화 및 Fe2+ 촉매 오존 산화가 결합 될 때, Fe 투입량이 0.09 ~ 18 mmol/L 이고 염료 폐수 pH 값이 3 ~ 13 일 때 탈색률이 달성된다
2. 1.4 펜톤 시약 법
Fe3+ 또는 Fe2+ 를 촉매제로 H202 의 존재 하에서 발생하는 강한 산화작용은 많은 유기분자를 산화시킬 수 있으며, 반응체계는 고온고압이 필요하지 않고, 반응조건이 가혹하지 않으며, 반응설비는 비교적 간단하고 적용 범위가 넓다. 진등 저용량 펜톤 산화-응고법 처리 시뮬레이션과 실제 염료 폐수에 대한 연구에 따르면 이 방법은 성분이 복잡하고 친수성과 소수성 염료가 함유된 염료 폐수에 특히 적용돼 조작이 편리하고 운영비용이 낮은 것으로 나타났다. 최근 몇 년 동안 일부 학자들은 자외선 (uV) 과 초산염을 펜톤 법에 도입하여 펜톤 방법의 산화 능력을 크게 높여 처리 효과를 더욱 두드러지게 했다. K. Swaminathan 등은 광조 Fenton 체계에 의한 아조 염료 활성 오렌지 -4 의 탈색을 연구한 결과 광조 Fenton 체계의 분해력이 일반 Fenton 시스템보다 훨씬 강하다는 결론을 내렸다.
핀튼법의 단점은 산화능력이 비교적 약하며, 물이 다량의 철이온을 함유하고 있기 때문에 색깔이 있다는 것이다. 최근 몇 년 동안 철이온의 고정화 기술은 이미 펜톤 산화의 중요한 방향이 되었다.
2. 1.5 광산화법
광산화법은 광화학반응을 통해 오염물을 분해하는 것으로, 무촉매제와 촉매제 두 가지를 포함한다. 전자는 광화학 산화라고도 하고, 후자는 광화학 산화라고도 한다. 광분해는 일반적으로 유기물이 빛의 작용으로 점차 저분자량의 중간산물로 산화되어 결국 PO43-, NO3-, Cl- 등과 같은 CO2, H2O 플라즈마를 생성하는 것을 말한다. 유기물의 광분해 과정은 직접 광분해와 간접 광분해로 나눌 수 있다. 직접 광분해란 유기분자가 빛 에너지를 흡수한 후의 진일보한 화학반응을 말한다. 간접 광분해는 주변 환경의 일부 물질이 빛 에너지를 흡수하여 발생 상태를 형성한 다음 유기오염물을 유도하여 일련의 산화분해반응을 발생시켜 환경 내에서 생분해하기 어려운 유기오염물을 처리하는 데 비교적 효과적이다.
2. 1.6 오존 산화법
오존은 강한 산화 능력을 가지고 있다. 염료를 분산시키는 것 외에도 유기 염료의 생색이나 발색기단을 파괴할 수 있어 탈색 작용이 있다. H.Y.Shu 등은 O3, 산화, 단독 UV/O3 산화 하에서 8 가지 아조 염료의 분해를 비교했다. 그 결과 자외선을 도입한 뒤 유기염료의 분해 속도가 크게 빨라지지 않은 것으로 나타났다. 염료 폐수 색이 너무 짙어 대부분의 자외선을 흡수했기 때문일 수 있다. 석등은 직접산화법이 아조 염료 양이온 레드 x-GRL 의 주요 탈색 방법이라고 지적했다.
오존은 물에서의 용해도가 낮기 때문에 수용액에서 오존의 용해도를 어떻게 더 효과적으로 높일 수 있느냐가 오존 산화 기술을 연구하는 핫스팟이자 관건이 된다. 또한 오존을 사용하면 부산물, 특히 카르보닐 화합물에 들어 있는 포름알데히드, 아세트 알데히드 등의 알데히드 물질이 발생한다. 이 물질들은 급성 만성 독성과 일정한 발암, 기형 발생, 돌연변이성을 가지고 있어 2 차 오염을 일으키기 쉽다. 또한 오존 발생기의 비용은 비교적 높기 때문에 단독으로 사용하는 것은 경제적이지 않다.
2. 1.7 초음파 산화법
초음파 화학이 발달하면서 초음파 산화는 청결하고 유망한 수질 오염 처리를 위한 효과적인 기술로 여겨진다. 초음파 작용에 의한 음향 공화효과로 인한 고온 고압은 공화기포의 수증기를 다른 기체와 분리시켜 자유기반을 만들어 초음파 화학반응을 일으킨다. N.Ince 등 pH 와 염료 분자 구조가 초음파 분해 효율에 미치는 영향에 대한 연구에 따르면 pH 는 염료 분해에 중요한 영향을 미치며, 분해도는 pH 의 감소에 따라 증가한다. 분자량이 작을수록 구조가 단순해질수록 아조, 린기치기 () 가 있는 염료 분자가 쉽게 분해된다. G. tezcanli-gtiyer 등은 방금 수산기 자유기가 먼저 염료의 생색단을 공격하는 것을 발견했는데, 염료의 탈색 과정은 방향환의 파괴 과정보다 빠르다. J. Ge 등은 또한 초음파 도입이 염료의 분해를 효과적으로 가속화하고 광화율을 높일 수 있다고 지적했다.
2. 1.8 전기 화학적 방법
전기 화학 처리 기술은 최근 몇 년 동안 급속히 발전하여 산화, 광촉매 산화 또는 촉매 산화의 시너지 효과를 증가시켜 미세 전기 분해 기술의 한계를 잘 해결했다. 주광원 등 염염료 폐수 처리에 대한 연구에 따르면 잔염소의 발생은 탈색과 COD 제거에 중요한 역할을 한다. 전해 1 h 후 탈색률은 85%, 대구 제거율은 99.8% 에 이른다. 장정희 등은 내전해-촉매 산화-산화당법으로 염료 폐수를 처리할 때 COD 제거율과 탈색률이 모두 95% 이상이다. 제몽란 등은 미세 전기 분해, 촉매 산화, 연탄회 흡착의 조합공예로 반응성 염료 폐수를 처리하는데, 탈색률은 99.9%, 대구 제거율은 95% 이상이다.
현재, 전기화학방법은 주로 생물독성을 지닌 유기오염물을 제거하는 데 쓰인다. 이 방법의 가장 매력적인 특징 중 하나는 전기 화학적 방법 특유의 전기 촉매 성능을 발휘하여 유기오염물을 어느 정도 선별적으로 분해할 수 있다는 것이다. 또한, 전기 화학적 방법은 다른 처리 방법과 잘 상호 작용하여 이상적인 처리 효과를 얻을 수 있다. (윌리엄 셰익스피어, 전기화학, 전기화학, 전기화학, 전기화학, 전기화학, 전기화학, 전기화학) 그러나, 전기 화학적 방법은 물에서 유기 오염 물질을 완전히 분해하는 설비가 너무 비싸고 대량의 에너지를 소비한다.
2.2 생물학적 방법
생물학적 처리는 생물 세균의 응집, 흡착, 생분해를 통해 염료를 분리하고 산화하는 것이다. 생물학적 응집과 생체 흡착은 염료의 화학적 변화를 일으키지 않는다. 생분해 과정은 미생물 효소의 작용을 통해 염료 분자를 산화하거나 복원함으로써 염료의 발색단과 불포화 결합을 파괴하는 것이다. 산화, 복원, 가수 분해, 결합 등 일련의 과정을 통해 염료 분자를 단순한 무기물로 분해하거나 각종 미생물에 필요한 영양소나 원질로 전환한다. 생물학적 처리 방법에는 호기성 처리, 혐기성 처리 및 혐기성-호기성 조합 처리의 세 가지가 있습니다.
전통적인 생물학적 처리 방법이 방직 날염 폐수 중의 유기염료를 효과적으로 처리할 수 없기 때문에 최근 몇 년 동안 학자들은 혐기성-호기성 조합 기술을 대대적으로 개발하여 예상치 못한 효과를 거두었다. 연구에 따르면 많은 호기성 생물법은 호기성 및 혐기성 방법을 동시에 적용하여 제한된 정도의 유기 염료를 산화하거나 분해 할 수 없으며 혐기성 방법을 통해 다양한 정도의 분해를 달성 할 수 있습니다.
실용적인 수질 오염 처리 기술로서, 미생물이 염료 폐수의 개발과 연구를 처리한 지 이미 여러 해가 되었다. 미생물 탈색 분해의 메커니즘은 매우 복잡하고 다양하며, 많은 분해 과정과 반응 메커니즘은 아직 명확하지 않으므로 계속 탐구해야 한다.
황포원모평혁균 (Phanerochaete chrysosporium) 으로 대표되는 백부균은 저소비, 효율성, 광보, 환경 내 각종 독성, 유해 2 차 대사 단계에서 생긴 리그닌 과산화물 효소와 망간 과산화물 효소의 작용으로 인해 많은 백부균들이 염료에 대한 광범위한 스펙트럼 탈색 분해 능력을 가지고 있다. 배양 조건은 백부균의 탈색과 분해 활성화에 큰 영향을 미친다. 코넬리 등은 백부균이 일부 염료 폐수에 강한 생체흡착 작용을 하고 있다고 생각한다. 예를 들면, 람졸 그린 블루 G 133, 프탈로시아닌 염료, 에비졸 그린 블루, 해리공 블루 등이 있다. , 그리고 세포 외 효소의 대사에 의해 염료의 탈색과 분해가 이루어졌다.
미생물을 이용하여 염료 폐수를 처리하는 발전 방향 중 하나는 고효율분해공학균을 선육하고 배양하는 것이다. 미생물에 의한 유기 염료의 탈색과 분해는 과거에는 주로 포자균, 가짜 단포균, 일부 광합성 세균과 같은 겸성 염산균에 집중되었다. 최근 몇 년 동안 많은 새로운 품종이 점차 선별되었다. 일부 학자들은 가짜 단포균을 이용하여 다양한 날염 공업 폐수를 처리한다. 연구결과에 따르면 유단포균은 메틸오렌지와 B 15 염료의 탈색률이 80% 이상이며, 유단포균은 고농도 염료 환경에 강한 내성을 보이고 있다.
1980 년대 초, 고정화 미생물 기술은 국내외 유기공업 폐수 처리의 연구 핫스팟이 되었다. 이 기술은 염료를 분해할 수 있는 미생물을 특정 전달체 표면에 고정시켜 미생물 분해 효율을 높인다. 미생물의 고정화 방법에는 여러 가지가 있는데, 단일과 혼합이 있다. 관련 연구에 따르면 혼합균은 탈색과 분해력이 더 좋다. 고정화 탈색균 전달체 기술이 발달하면서 탈색 분해의 반응 시간도 크게 단축되었다.
바이오강화 기술은 생물처리 시스템에 특정 기능을 가진 미생물을 첨가하여 원처리 시스템의 처리 성능을 향상시키고 유기물을 분해하기 어렵다는 것을 제거한다. 생물 강화 기술을 구현하는 주요 방법은 고분해 미생물을 추가하는 것입니다. 유전 공학 박테리아 (gem) 를 추가합니다. 기존 처리 시스템의 영양 공급을 최적화하고 밑물이나 유사한 물질을 첨가하여 미생물의 성장을 자극하거나 활력을 높인다.
막생물반응기도 최근 몇 년간 발전해 온 오수 처리 신기술이다. 그것은 발효 공업에 최초로 사용되었다. 1980 년대에 막생물반응기기술은 학술계의 큰 관심을 불러일으켰다. 막 기술은 유기물을 가로막고 유출물에 함유된 유기물을 줄일 수 있다. 무기포 폭기와 막생물반응기를 통해 산소를 최대한 이용하다. 최근 몇 년 동안 멤브레인 생물 반응기는 수로 하수, 배설물 폐수 및 매립지 침출수 처리에 성공적으로 사용되어 염료 폐수 처리에 사용되기 시작했습니다. 많은 학자들은 효소막 생물반응기가 앞으로 염료 폐수를 처리하는 중요한 방향이 될 것이라고 생각한다. 제막비용은 높고 막히기 쉬우므로, 막생물반응기기술이 물 처리 분야에서 전면적으로 보급되는 것을 제한하였다.
생물학법은 크게 발전했지만 염료 폐수의 생화학 적 감소와 영양물질, pH 가치, 온도 등에 대한 미생물의 엄격한 요구 사항으로 인해 실제 적용에서는 염료 폐수의 수질 변동, 염료 종류, 독성이 큰 실제 상황에 적응하기가 어렵다. 고효율, 미생물 고정화와 같은 것들이죠. 많은 전문가 학자들은 자연계의 풍부한 자원을 이용하여 인류를 위해 봉사하기 위해 고효율 분해균의 선별과 유전공학균의 건설에 힘쓰고 있다. 그러나 새로 개발된 고효율 균이 염료 폐수 처리에 적용될 때 원하는 강화 효과를 완전히 얻을 수 있는 것은 아니라는 사실이 입증되었습니다. 또한 미생물 자체에도 안전 문제가 있습니다. 고효율 박테리아와 유전 공학 박테리아는 자연 환경으로 유입되어 자연 환경과 생태 균형에 위협이 될 수 있습니다. 따라서 이러한 생물학적 방법의 적용은 엄격한 환경 안전 검사와 평가를 거쳐야 한다. 동시에, 미생물에 의한 염료의 분해 기계와 미생물의 대사 기계도 더 많은 연구와 검토가 필요하다.