《Water》：A Comprehensive Review of Different Methodologies Used for Removal of Dyes from Water
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工业废水含有复杂且持久的染料，需要有效且先进的处理方法。本综述论文将详细概述近年来用于染料去除的技术，特别关注微生物和组合（混合）生物技术系统。本研究的主要新颖性在于整合了微生物群落开发的最新进展，以及将生物方法与物理化学方法（如吸附和膜过滤）相结合的混合工艺
工业废水含有复杂且持久的染料，需要有效且先进的处理方法。本综述论文将详细概述近年来用于染料去除的技术，特别关注微生物和组合（混合）生物技术系统。本研究的主要新颖性在于整合了微生物群落开发的最新进展，以及将生物方法与物理化学方法（如吸附和膜过滤）相结合的混合工艺。该综述比较了单一微生物菌株和微生物群落的性能、效率和可扩展性，展示了它们适应不同环境条件（如pH、温度和氧含量）的能力。关键亮点包括对染料生物降解机制的评估、通过互补工艺实现更好染料去除的组合，以及确定面向工业规模应用的未来研究需求。总体而言，本综述论文通过连接微生物活性、系统设计和工艺优化，提出了一个改进微生物和混合染料去除技术的新框架。
2. 废水中的有色污染物与染料
本节阐述了人类活动导致自然资源管理不善，产生大量废弃物，其中有色污染物和染料因广泛的工业用途和环境持久性而尤为令人担忧。染料分为合成染料和天然染料，纺织工业中使用大量水溶解染料，但仅有部分染料与织物结合，剩余部分作为废水排放，造成严重污染。基于化学结构、应用方式和离子性质，染料被广泛分类为酸性染料、碱性染料、活性染料、偶氮染料、还原染料、分散染料和天然染料等。合成染料因其鲜艳色泽和低成本在全球生产中占主导地位，但其持久性、毒性和抗降解性带来了严重的环境和健康风险。
3. 废水处理方法
3.1. 废水处理的物理与化学方法
3.1.1. 物理方法
物理方法包括手动清除碎片和过滤技术，用作预处理以改善水质。
沙粒与多介质过滤的使用
利用特定密度和颗粒纹理的沙粒作为截留悬浮颗粒的介质，通过π-π堆积、范德华力、疏水和静电相互作用等机制发挥作用。沙粒可作为二级屏障，有效降低残余染料浓度，这归因于其高吸附效率。
膜过滤
膜过滤利用纳米过滤器、反渗透和半透性屏障（超滤/微滤），根据特定相互作用和污染物尺寸通过选择性渗透进行分类。膜技术的进步，包括薄层复合膜的开发和用于表面改性的纳米材料的引入，显著提升了其性能。
沉淀
沉淀是最重要的物理方法之一，利用重力使悬浮污染物沉降。该方法常作为预处理步骤以减少浊度和污染物负荷，通常使用混凝剂（如硫酸铝或氯化铁）促进絮体形成，从而提高沉降效率。
浮选与离心分离
浮选主要用于从水中分离轻质悬浮颗粒和油相，通过溶解气体并在大气压下释放形成微小气泡，附着在悬浮颗粒上并将其带到水面以便撇除。离心分离则利用离心力将液体与污泥或悬浮颗粒分离。
pH中和
pH中和是处理有色废水的基本过程，尤其针对影响染料稳定性和行为的极端pH值。将pH调节至中性范围（约6.5-8.5）可增强染料分子的解离，并提高后续处理方法的有效性。
沉淀与混凝
此方法广泛用于回收废水中的金属离子，通过加入化学沉淀试剂与污染物反应形成沉淀。混凝过程通过引入正电荷破坏颗粒表面的负电荷，使其形成较大聚集体，随后可通过沉淀分离。吸附和化学吸附是去除有色污染物的关键过程，前者指染料分子在吸附剂表面的物理积累，受弱作用力支配；后者涉及更强的化学键合。
3.1.2. 化学方法
吸附剂及其他兼容材料
碳基材料（如碳纳米管、氧化石墨烯）、黏土基吸附剂（如蒙脱石、膨润土、沸石）和层状双氢氧化物是有效的吸附剂。它们的吸附效率取决于表面积、孔隙结构和表面官能团，主要通过静电相互作用、π-π堆积、范德华力和氢键等机制去除染料。此外，金属有机框架也因其可调的孔隙结构和高比表面积成为有前景的染料吸附材料。
催化与光催化降解染料
光催化降解是一种有前景的方法，依赖于半导体材料在光照下产生活性物种。二氧化钛因其丰富性、低成本和化学稳定性而被广泛研究，但其效率受限于电子-空穴对的快速复合。碳基材料和金属有机框架作为光催化剂展现出优越的性能，能够增强电荷分离并延长催化剂寿命。
3.1.3. 生物方法
生物处理完全依赖微生物群落，可以是单一菌株或混合微生物种群。混合培养物因其处理效果更具优势。真菌菌株因其产生特定酶（如过氧化物酶和酚氧化酶）的能力，在降解和脱色有色污染物方面高度活跃。真菌可以以活体或固定化形式使用，常用基质包括聚氨酯泡沫、葵花籽壳、海藻酸钙珠粒等。细菌菌种也具有降解和脱色多种合成染料的潜力，例如奈瑟菌属、弧菌属、芽孢杆菌属和气单胞菌属等均被报道能降解不同类型的染料。
