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印染和染料废水色度大，有机物浓度高，组分复杂，难生物降解物质多；含有大量的无机盐、硫化物及有毒成分如硝基化合物、胺基化物以及铜、铬、砷等元素，具有很大的生物毒性，属于难处理的工业废水。因此，本文采用厌氧生化、臭氧氧化及零价铁还原法对五种染料进行了不同条件下的处理对比研究。
本论文的主要研究结果如下：
1)厌氧生物处理几种染料的研究。结果表明，就脱色效果来看，染料OrangeⅠ最易脱色，不受HRT、外加碳源浓度等因素的影响，都可完全脱色；其次是直接耐酸性大红4BS，脱色率基本在90-100％之间；脱色较差的是染料OrangeG，活性艳兰K-3R的脱色率最差。HRT、染料结构及温度是影响染料厌氧脱色的主要因素。COD去除率及脱色率都随HRT、外加碳源浓度及温度的增加而增加。染料浓度对降解性能也有一定的影响，一般染料浓度越高，毒性越大，会抑制微生物的活性。对于外加葡萄糖的作用，至少有两种提高染料还原的途径：葡萄糖可以作为还原等价体的供体，或葡萄糖的加入能促进细胞的内源呼吸活性加强，这样就会迅速消除产生氧气的中间体，从而使得偶氮还原酶能传递还原等价体到偶氮染料上。从对染料进行的厌氧抑制实验的研究中发现，染料的脱色是先吸附后降解，而且由于反应器中有无烟煤填料的存在，会增加吸附的力度。
2)应用动力学模型对基质中难降解物质进行了计算。结果发现，本研究中厌氧降解的四种染料都含有难降解物质。对反应器中填料镜检发现，填料上已经附着了生物膜。对颗粒污泥中微生物相的观察可知，当反应器运行到60d时，通过对颗粒污泥中微生物相的观察，发现污泥中以产甲烷丝菌和产甲烷八叠球菌为主，同时也有产甲烷短杆菌(Methanobtevibacter)存在，而在荧光显微镜下可看到有许多产甲烷细菌-索氏甲烷丝菌，表明本实验中的颗粒污泥中，产甲烷菌的活性较好。
3)研究了臭氧对染料氧化降解。结果表明，OrangeⅠ、酸性红B和活性艳兰K-3R在碱性环境下，脱色速度最快，而直接耐酸性大红4BS在中性条件下脱色较快。OrangeⅠ、酸性红B和活性艳兰K-3R的臭氧化反应是在碱性溶液中的自由基反应；而直接耐酸性大红4BS在pH较低的条件下与臭氧分子发生的直接反应。在不同pH下染料臭氧化的结果表明反应遵循假一级反应，而染料OrangeⅠ和酸性B两种染料在不同染料初始浓度和不同臭氧加入量情况下的臭氧化反应，也符合简单二级反应。
4)研究了臭氧加入量对染料降解效果的影响。随着氧化反应的进行，水中不饱和化合物在臭氧作用下形成臭氧化物，臭氧化物水解时，不饱和键断裂，发色基团破坏，生成许多小分子甲醛、丙酮酸、乙酸等有机酸，pH值逐渐降低；但由于生成的有机酸类小分子并没有被完全氧化，且还存在溶液中，所以TOC去除率很低，但脱色率较高。臭氧化过程进行到一定时间时(10-15min)，脱色率及TOC去除率上升趋于平缓，臭氧消耗量逐渐增大。这时染料废水中逐渐积累了稳定性较高、很难氧化的物质，反应速度明显变慢，氧化效率降低，在实际废水治理过程中，从经济角度考虑，继续臭氧化很不适宜，应考虑结合其它方法，综合处理。研究了外加催化剂CoCl2条件下，O3对染料活性艳兰K-3R和直接耐酸性大红4BS降解的影响，结果发现色度去除率明显低于不加催化剂条件下的脱色率，而TOC去除率没有太大区别，说明CoCl2催化剂对这两种染料没有促进作用。
5)研究了活性染料和两种偶氮非活性染料在Fe0-H2O/O2、Fe0-H2O/N2、Fe0-H2O三种体系下被Fe0的还原降解。结果发现氧气对Fe0还原活性艳兰K-3R的降解有促进作用，而高浓度氧气对非活性染料的还原降解没有促进作用。三种染料的最佳反应条件：活性艳兰K-3R：pH为碱性，Fe0-H2O/O2体系，反应时间为10-15min；酸性红B：酸性pH，Fe0-H2O体系，反应时间4min；直接耐酸性大红：酸性pH，Fe0-H2O体系，反应时间20min。对于两种偶氮非活性染料，外加NaCl能促进它们的降解，NaCl最佳浓度为0.01mol/L；且随温度升高，酸性红B的降解效率降低，而直接耐酸性大红4BS的降解效率提高(最佳温度25℃左右)。增大转速，提高染料初始浓度以及Fe粉加入量，染料的还原降解效率提高，且Fe粉重复使用3-4次不影响处理效果。
6)探讨了Fe0对活性非偶氮染料和非活性偶氮染料的还原降解机理。通常有两种反应机理，(1)首先Fe0将染料分子吸附到Fe0粉表面上，Fe0向难降解有机物分子转移2个电子，偶氮双键与铁反应形成中间产物，接着中间产物进一步生成染料降解的最终产物；有O2存在时，O2能将活性染料与铁形成的中间产物氧化，促进反应的进行。(2)Fe0与水分子反应生成原子态的H，在Fe0的催化作用下，H使偶氮染料还原。在处理过程中，Fe粉在溶液中的溶解是第一步，Fe粉浓度高以及第一次使用时，Fe粉具有较大的表面积，表面反应活性点较多，所以反应较快，染料及其中间产物的降解较多，这表明了在染料的脱色过程中，化学吸附也起了很重要的作用。且染料中的氧原子和氮原子能与溶液中的Fe2+和Fe3+在Fe粉表面发生络合，加强了化学吸附的作用。
7)研究了Fe0对染料废水的还原降解产物光谱及反应动力学。结果表明，染料分子的特征吸收峰逐渐消失，而在紫外区产生新的吸收峰(259-274nm)，说明染料分子已经被降解为含有苯环、萘环等小分子。且随着pH的增大，新峰发生红移；同时发现溶液中氧的浓度越高，在相同pH下产生新峰的波长越大。活性艳兰K-3R的还原降解遵循假一级动力学反应，而在较高转速(160rpm)及Fe0-H2O/O2体系中的120rpm转速下，在碱性pH环境中的反应都属于零级反应。120rpm转速下的反应速率要远远大于低转速90rpm下的反应，说明了提高转速能加快反应速度。在Fe0-H2O体系中，当溶液pH为酸性时(pH=2.16)，Fe重复使用三次的动力学方程都符合假一级反应，且第一次使用时的速率要比重复使用2-3次大的多。当pH为中性和碱性时，Fe粉的第一次使用的反应都属于零级反应，而重复使用2-3次时，染料活性艳兰K-3R的降解都遵循假一级动力学反应。