一、废水来源与污染物组成特征
直接黑168（C.I. Direct Black 168）属于双偶氮类直接染料，分子结构中含多个磺酸基团（-SO₃Na）和氨基（-NH₂）等亲水基团，以及偶氮键（-N=N-）发色体系。在棉、麻、粘胶等纤维素纤维的染色过程中，染料的上染率通常为60%~85%，未固着的染料、匀染剂、元明粉、纯碱以及纤维脱落的短绒共同进入废水中。废水pH值呈中性至弱碱性（pH 7~9），色度高达500~2000倍（稀释倍数法），COD浓度通常在800~3000 mg/L，BOD₅/COD比值低于0.20，属于典型的高色度、低可生化性工业废水。此外，染料分子中的偶氮键在还原条件下可能裂解产生芳香胺，使废水具有生物毒性。
二、达标排放的核心控制指标
根据《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB 4287-2012）及其修改单，直接黑168废水处理后必须满足：色度≤50倍（稀释倍数法）、COD≤80 mg/L、BOD₅≤20 mg/L、NH₃-N≤10 mg/L、总氮≤15 mg/L、总磷≤0.5 mg/L、苯胺类≤0.5 mg/L、六价铬≤0.5 mg/L。由于直接黑168本身不含重金属，但染料生产过程中可能引入微量铬或铜，需监控重金属指标。处理工艺必须确保出水中芳香胺类物质不得检出。
三、关键技术单元原理与适用性分析
3.1 混凝沉淀法
直接黑168分子中的磺酸基团在水中完全电离，使染料胶体颗粒带强负电荷，Zeta电位-30 mV至-40 mV。采用聚合氯化铝（PAC）作混凝剂，铝盐水解生成的多核羟基络合物（如Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺）通过电中和作用迅速压缩双电层，使胶体脱稳。配合阴离子型聚丙烯酰胺（PAM）进行架桥絮凝，形成密实矾花。PAC投加量通常为300~600 mg/L（以Al₂O₃计），PAM投加量2~5 mg/L，混凝区pH控制在6.5~7.5。此单元可去除60%~70%的COD和85%~95%的色度，但出水COD仍高于200 mg/L，无法直接达标。
3.2 高级氧化法
残留的染料分子中偶氮键共轭系统是色度的主要来源，常规氧化剂如次氯酸钠对其破坏效率有限，且可能产生有毒有机氯副产物。Fenton氧化法是处理这类废水的首选：Fe²⁺催化H₂O₂分解产生羟基自由基（·OH），其氧化还原电位高达2.80 V，能无选择性地攻击偶氮键（-N=N-）和芳环结构，将染料分子降解为小分子有机酸、CO₂和H₂O。反应条件：pH 3.0~4.0，H₂O₂与Fe²⁺摩尔比5:1~10:1，反应时间60~120分钟。Fenton处理后COD去除率可达70%~85%，色度降至10~30倍。但出水铁离子需通过调高pH至8.5形成Fe(OH)₃沉淀去除，同时产生大量化学污泥。
3.3 吸附法
活性炭吸附作为深度处理单元：采用粒度8~30目的煤质颗粒活性炭，碘值≥950 mg/g。染料分子通过π-π色散力与活性炭表面微孔发生非特异性吸附，Langmuir吸附等温线呈Ⅰ型，饱和吸附容量约200~400 mg染料/g炭。吸附柱设计空床接触时间（EBCT）30~60分钟，线性流速5~10 m/h。活性炭可进一步将COD降至60 mg/L以下，色度低于5倍。但运行成本较高，且活性炭需定期再生或更换。
3.4 生物处理法
直接黑168本身对好氧微生物有抑制作用，但经过Fenton氧化预处理后，降解产物（如短链脂肪酸、乙酸、甲酸等）的可生化性显著提高，BOD₅/COD升至0.35~0.45。采用活性污泥法：污泥龄（SRT）控制在15~20天，污泥浓度（MLSS）3000~4000 mg/L，溶解氧（DO）2~4 mg/L，水力停留时间（HRT）12~24小时。在缺氧段前置可实现反硝化脱氮（缺氧池ORP -50~-100 mV），碳源由预处理出水提供。生物单元对残余COD去除率达85%~90%，出水COD稳定在40~60 mg/L。
四、推荐工艺组合与运行参数
基于直接黑168废水特征，单一处理方法无法满足所有指标。确定以下组合工艺并固化参数：
工艺流程：
废水→格栅→调节池→混凝沉淀池→Fenton氧化池→中和池→缺氧池→好氧池→二沉池→活性炭吸附柱→达标排放。
关键参数：
- 混凝：PAC（以Al₂O₃计）400 mg/L，PAM 3 mg/L，pH 7.0。
- Fenton：H₂O₂（30%）投加量800 mg/L，FeSO₄·7H₂O投加量600 mg/L（Fe²⁺浓度约120 mg/L），pH 3.5，反应时间90分钟。
- 中和：石灰乳调pH至8.5，沉淀30分钟。
- 生化：缺氧池HRT 6 h，ORP -80 mV；好氧池HRT 18 h，污泥负荷0.15 kg COD/(kg MLSS·d)。
- 活性炭：EBCT 40 min，炭层高度2.5 m，再生周期30天。
五、结论
直接黑168废水中的偶氮染料结构稳定、可生化性差，必须采用“物化预处理+高级氧化+生物处理+深度吸附”的多级协同工艺。混凝沉淀去除大部分悬浮态和胶体态染料，Fenton氧化彻底破坏偶氮键并提升可生化性，活性污泥法降解小分子有机物，活性炭吸附保证出水色度与COD达到排放标准。该组合工艺在所有工业应用中均能实现COD≤80 mg/L、色度≤30倍、苯胺类未检出的稳定效果，无需依赖单一技术或不确定的调试参数。