梁 佳,曹明明

(西北大學(xué) 城市與資源學(xué)院,陜西西安 710127)

0 引言

作為我國具有優(yōu)勢的傳統(tǒng)支柱行業(yè)之一,紡織印染工業(yè)自 20世紀(jì) 90年代以來獲得了迅猛發(fā)展,其需水量和排水量也大幅度增長。據(jù)統(tǒng)計(jì),中國具有一定生產(chǎn)規(guī)模的、有統(tǒng)計(jì)資料的印染織物總量 2003年為 290億 m,全國每年產(chǎn)生印染廢水約為 16億 t,為我國整個(gè)工業(yè)廢水排放第六位。隨著加工工藝的發(fā)展和新型染料、助劑的不斷開發(fā)應(yīng)用,印染廢水的處理難度也在增加而且,隨著水費(fèi)的不斷上漲和排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格,印染行業(yè)的用水和排水問題日益突出,印染廢水的處理日益困難[1]。本文在分析印染廢水特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,總結(jié)了目前關(guān)于印染廢水的處理技術(shù)。

1 印染廢水的來源、特點(diǎn)與治理存在的問題

1.1 印染廢水的來源及特征

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國的印染業(yè)尤其是民營印染企業(yè)發(fā)展十分迅速,在紡織廢水的排放過程中,印染廢水的排放尤為突出,經(jīng)多次實(shí)地了解分析,印染加工工藝各工序排出廢水的水質(zhì)組成見表 1[2]。

1.2 印染廢水的特點(diǎn)

印染廢水水質(zhì)中的污染物大部分為有機(jī)物,并隨采用的纖維種類和加工工藝的不同而異。一般情況下,印染廢水水質(zhì) pH值為 6～10,COD為 400～1 000 mg/L,BOD 5為 100～400mg/L,SS為 100～200 mg/L,色度為 100～400倍。從處理技術(shù)角度看,印染廢水不是一種廢水,而是很復(fù)雜的一大類廢水。其特點(diǎn)之一是污染物成分差異性很大,很難歸類求同。特點(diǎn)之二是主要污染指標(biāo) COD高,BOD 5/COD比值一般在 0.25左右,可生化性較差。特點(diǎn)之三是色度高,混合水中色母分子離子微粒大小重量各異性大,較難脫色。

表1 典型印染工藝各工序產(chǎn)生的廢水及組分

印染廢水具有以下特性[3]：

(1)水量大。紡織印染行業(yè)是紡織工業(yè)中用水量較大的行業(yè)。據(jù) 1999年統(tǒng)計(jì),全國國有紡織企業(yè)和銷售額 500萬元以上的非國有紡織企業(yè)用水 60.6億 m3,其中新鮮用水量(取水量)為 34.1億 m3。在新鮮用水中,各類紡織印染行業(yè)為 18億 m3。其余均為紡紗、制造過程中空調(diào)用水。

(2)可生化性差。印染工藝過程中排放的廢水所含的有機(jī)污染物,主要以人工合成有機(jī)物為主,由剩余染料(染料的上染率一般為 80%～90%,因此染色加工過程中的 10%～20%染料排入廢水中)和大量助劑(勻染劑、滲透劑、柔軟劑、油劑等)產(chǎn)生。有些染料、染料母體及染料降解產(chǎn)物在自然界中是致癌和致突變的,廢水毒性較大。其共同的特點(diǎn)是BOD 5/COD值均很低,一般在 0.1～0.2,可生化性差,因此需要采取措施,使 BOD 5/COD值提高到 0.3左右或更高些,以利于進(jìn)行生化處理。

(3)堿性大。印染廢水中的堿減量廢水,其 COD值有的可達(dá) 10萬 mg/L作用,pH值＞12。因此必須進(jìn)行預(yù)處理,把堿回收,并投加酸降低 pH值,經(jīng)預(yù)處理達(dá)到一定要求后,再進(jìn)入調(diào)節(jié)它,與其它的印染廢水一起進(jìn)行處理。

(4)色度高。染料隨紡織廢水排放到環(huán)境,甚至在低濃度(＜lmg/L)下,依然可見度很高,有的色度可高達(dá) 4 000倍以上。減弱了水體的透光性,阻礙溶解氧滲透到自然水體,影響水生生物的生長。所以印染廢水處理的重要任務(wù)之一就是進(jìn)行脫色處理。

1.3 印染廢水治理中存在的問題

目前我國紡織廢水治理存在主體之間內(nèi)外兩個(gè)方面的雙重矛盾和問題。對(duì)紡織企業(yè)而言,企業(yè)急需克服和解決本身存在的各種問題,包括改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)裝備,調(diào)整生產(chǎn)技術(shù)工藝,強(qiáng)化科學(xué)有效的管理,提高末端污染處理技術(shù)水平,加強(qiáng)培訓(xùn)和人才培養(yǎng),加快實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)等困難和問題;對(duì)政府管理機(jī)構(gòu)而言,由于現(xiàn)行經(jīng)濟(jì)體制和管理機(jī)制尚在不斷改革完善之中,客觀上又存在政策法規(guī)研究得不夠,管理監(jiān)督力度不足,宣傳引導(dǎo)服務(wù)不夠等方面的一些矛盾和問題。

2 印染廢水處理技術(shù)

印染廢水既含有剩余染料,又含有相當(dāng)量的助劑及纖維上被去除的各種天然有機(jī)污染物和人工合成的有機(jī)污染物。因此,印染廢水總體上屬于含有一定色度、一定量難生物降解物質(zhì)的有機(jī)性廢水。針對(duì)不同類型的印染廢水,在實(shí)際中常用的處理方法有：物理法、化學(xué)法及生物處理技術(shù)。

2.1 物理法

廢水處理常用的物理法有過濾法、氣浮法、沉淀法以及磁分離法等方法。

過濾法和沉淀法可以去除污水中的顆粒懸浮物,常作為廢水治理的預(yù)處理。

氣浮法是常用的工業(yè)凈水方法。Jang-Yeun Hong采用吸附性氣泡氣浮技術(shù)成功地從染料化工廠廢水中分離了直接藍(lán)染料[4]。

磁分離法是近年來發(fā)展的一種水處理新技術(shù)。該方法利用高的磁場梯度來分離水中一些污染物質(zhì)的方法,其原理是利用高梯度磁分離裝置,不僅能輕易地分離鐵磁性和順磁性的物質(zhì),而且在投加磁種和混凝劑使磁種和污染物形成磁性混凝體后,還能有效地分離反磁性的物質(zhì)。目前,國外高梯度磁分離技術(shù)已從實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用。

2.2 化學(xué)法

2.2.1 化學(xué)混凝法

化學(xué)混凝法是含染料廢水處理的常用方法。但該方法對(duì)許多可溶性好的染料,以及對(duì)水體中其它可溶性 N、P化合物去除率差。近年來染料工業(yè)和印染工業(yè)的發(fā)展使染料的生產(chǎn)和染色工藝更復(fù)雜,生產(chǎn)方法繁多,染料分子更復(fù)雜,混凝法脫色難度增高,需要開發(fā)高效混凝劑。

2.2.2 氧化法

氧化法主要有：濕式空氣氧化法(WAO)、超臨界水氧化法(SCWO)和化學(xué)氧化法 [5]。

濕式空氣氧化法是日本在 80年代中期研究開發(fā)成功的一種高濃度工業(yè)廢水的高級(jí)處理方法,是在 170℃～350℃之間,壓力保持 2067-20670 kPa范圍,通入空氣,使溶解或懸浮于廢水中的有機(jī)化合物和無機(jī)還原物質(zhì),在液相中被氧化成二氧化碳和水的方法。

超臨界水氧化法是一種能完全徹底破壞有機(jī)物結(jié)構(gòu)的深度氧化法。它主要用超臨界水(T=3740C,P=22.1M pa)作為介質(zhì),通過氧化劑 03,02,03+H 202、O 2+H 202來氧化分解有機(jī)物的新型技術(shù)。

化學(xué)氧化法能有效地去除含染料廢水的色度,但不能很好地去除廢水中的 COD。對(duì)此,有人提出了不完全氧化的方法,即只部分氧化,使有機(jī)物通過自由基禍合,降低水溶性而絮凝去除。

2.2.3 電化學(xué)方法

電化學(xué)法治理染料廢水有內(nèi)電解法、電凝聚電氣浮法、電催化氧化法等

內(nèi)電解法應(yīng)用最廣泛的為鐵屑炭法,汪群慧等采用鐵屑、碳粒等復(fù)合極性粒子電極對(duì)印染廢水等進(jìn)行處理,取得了明顯的效果。該方法由于節(jié)能和以廢治廢的優(yōu)越性,而日益受到重視。

電凝聚電氣浮法應(yīng)用較廣,與化學(xué)凝聚法相比,其材料損耗少一半左右,污泥量也較少,且無需笨重的加藥設(shè)施。其缺點(diǎn)是電能損耗和材料消耗過大,因此通過改進(jìn)電源技術(shù),研究新型電極材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)一步降低電能耗和材料消耗,這種方法將得到更廣泛應(yīng)用。

電催化氧化法是通過陽極反應(yīng)直接降解有機(jī)物,或通過陽極反應(yīng)產(chǎn)生的輕基自由基、臭氧一類的氧化劑降解有機(jī)物,使有機(jī)物降解更徹底,不易產(chǎn)生有毒中間產(chǎn)物。該技術(shù)要求具有較高的析氧超電壓,因此該技術(shù)走向?qū)嵱没年P(guān)鍵是研究出具有高效催化性能的電極材料,提高電流效率,減弱電極極化以降低能耗[6]。

2.3 生物處理技術(shù)

常用的生物處理法有好氧處理、厭氧處理和厭氧一好氧處理三種,其中好氧法是用得最多的方法,厭氧一好氧法是近幾年來針對(duì)染料廢水特點(diǎn)新開發(fā)的一種方法[7]。

2.3.1 好氧處理工藝

普通活性污泥法處理印染廢水的 COD去除率僅 60%～70%,色度去除率 60%左右。造成這種低效率的主要原因是印染廢水中生物難降解有機(jī)物如染料等比例的提高。BOD5/COD比值下降,即廢水的可生化性變差。針對(duì)廢水這一特點(diǎn),專家們就好氧處理工藝提出了一些改進(jìn)措施,如向活性污泥中投加鐵、采用固定化技術(shù)、優(yōu)選高效菌種以及對(duì)廢水進(jìn)行有效的預(yù)處理或后續(xù)處理等。

染料廢水的生化處理過程中,由于色度是由一些生物難降解物引起的,故脫色是其中最關(guān)鍵、最困難的環(huán)節(jié)之一,而普通活性污泥法難以使廢水色度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。韓樹琴等將固定化細(xì)胞技術(shù)應(yīng)用于著色廢水的處理,由于它具有細(xì)胞密度高、反應(yīng)速度快、不流失、耐沖擊負(fù)荷以及反應(yīng)過程易控制等優(yōu)點(diǎn),在廢水脫色領(lǐng)域潛力很大。將細(xì)胞固定化技術(shù)于遺傳工程相結(jié)合,優(yōu)選高效菌種進(jìn)行固定,可以提高脫色菌濃度。單純的生化法對(duì) BOD去除能力較強(qiáng),但去除 COD和色度的能力有限。

為了強(qiáng)化系統(tǒng)的去除 COD和脫色能力,一般先對(duì)著色廢水進(jìn)行預(yù)處理,包括混凝氣浮、鐵屑過濾、臭氧氧化等,也可對(duì)生化出水進(jìn)行后續(xù)處理,如祝玉柯等利用藻類轉(zhuǎn)盤對(duì)印染廢水生化處理后的出水進(jìn)行三級(jí)處理,進(jìn)一步降低出水中可溶性鹽類和植物營養(yǎng)物質(zhì)濃度,提高出水水質(zhì)。

2.3.2 厭氧處理工藝

從染料的細(xì)菌降解機(jī)理看,偶氮染料先進(jìn)行還原裂解,其產(chǎn)物是芳香胺類化合物,這種有機(jī)物是致癌物質(zhì),毒性大,且在厭氧條件下不能被繼續(xù)降解,即單純的厭氧處理難以實(shí)現(xiàn)染料的無機(jī)化,所以國內(nèi)外對(duì)單純的厭氧處理工藝研究得較少。

張志杰利用厭氧生物塘對(duì)偶氮染料合成廢水進(jìn)行處理研究,其去除率達(dá) 73%～98%。J.S.Knapp等在實(shí)驗(yàn)室用厭氧活性污泥法處理實(shí)際偶氮染料廢水,脫色率不低于 77%。

2.3.3 厭氧一好氧處理工藝

對(duì)厭氧消化而言,印染廢水的有機(jī)物濃度是比較低的,而且傳統(tǒng)的厭氧消化所需的水力停留時(shí)間很長,不宜用于廢水處理。為尋求高效、低耗、省投資的著色廢水處理新技術(shù),專家們開發(fā)了厭氧一好氧處理工藝。

厭氧一好氧系統(tǒng)中的厭氧反應(yīng)器不同于傳統(tǒng)的厭氧消化池,它的水力停留時(shí)間僅 4～12 h,只發(fā)生水解、酸化作用。難降解的染料在厭氧反應(yīng)器中在脫色菌的催化作用下水解、酸化,分解成小分子有機(jī)物,在后續(xù)的好氧反應(yīng)器中進(jìn)一步被好氧菌利用,分解成無機(jī)小分子物質(zhì),如 CO2,H2O,NH3等,或被微生物用來合成原生質(zhì),最終實(shí)現(xiàn)了染料的降解。

厭氧反應(yīng)器在去除廢水色度的同時(shí),還能降低廢水的COD濃度,并維持一定比例的出水 BOD5/COD比值,這對(duì)后續(xù)的好氧處理和提高 COD去除率極為有利。在這種厭氧一好氧系統(tǒng)中,好氧污泥回流至厭氧反應(yīng)器進(jìn)行自身消化,因而污泥發(fā)生量少,節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。另外,周期性地厭氧、好氧,對(duì)那些在有氧條件下生長繁殖快的脫色菌有利,能維持其一定的濃度,保證系統(tǒng)的脫色效率。

目前,生化法具有運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn),在染料廢水處理中應(yīng)用較廣泛。近年來人們還對(duì)深層曝氣、純氧曝氣、生物氧化溝、UASB,UAF等生化處理方式進(jìn)行了深入的研究,并用于工程中[8]。

3 結(jié)論

印染廢水排量大,有機(jī)物含量和色度高,組分復(fù)雜,水質(zhì)變化范圍大。在對(duì)印染廢水進(jìn)行最終處理時(shí),有機(jī)物的去除一般以生物法為主;對(duì)難以生物降解的印染廢水,采用厭氧(水解)好氧聯(lián)合處理較為合適;對(duì)易于生物降解的印染廢水,可采用生物處理。色度的去除,一般以物理化學(xué)方法為主,對(duì)于規(guī)模大、處理技術(shù)水平高的工廠,則可采用電解、化學(xué)絮凝、臭氧氧化等工藝,對(duì)于小規(guī)模的工廠,可采用爐渣過濾。為促進(jìn)印染行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,預(yù)防和治理印染廢水是相輔相成的兩個(gè)方面。既采用預(yù)防措施,又采用各種方法積極治理,并做到處理后的水循環(huán)使用,不僅能降低水的消耗,而且能有效地減輕印染廢水對(duì)環(huán)境的污染。

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