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印染廢水處理技術(shù)

印染廢水處理技術(shù)

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1.1來(lái)源

印染加工的四個(gè)工序都要排出廢水,預(yù)處理階段(包括燒毛、退漿、煮煉、漂白、絲光等工序)要排出退漿廢水、煮煉廢水、漂白廢水和絲光廢水,染色工序排出染色廢水,印花工序排出印花廢水和皂液廢水,整理工序則排出整理廢水。印染廢水是以上各類(lèi)廢水的混合廢水,或除漂白廢水以外的綜合廢水。


1.2水質(zhì)及水量


印染廢水的水質(zhì)隨采用的纖維種類(lèi)和加工工藝的不同而異,污染物組分差異很大。一般印染廢水pH值為6~10,CODCr為400~1 000mg/L,BOD5為100~400mg/L,SS為10 0~2 00mg/L,色度為100~400倍。但當(dāng)印染工藝及采用的纖維種類(lèi)和加工工藝變化后,廢水水質(zhì)將有較大變化。如,當(dāng)廢水中含有滌綸仿真絲印染工序中產(chǎn)生的堿減量廢水時(shí),廢水的COD Cr將增大到2 000~3 000mg/L以上,BOD5增大到800mg/L以上,pH值達(dá)11.5 ~12,并且廢水水質(zhì)隨滌綸仿真絲印染堿減量廢水的加入量增大而惡化。當(dāng)加入的堿減量廢水中CODCr的量超過(guò)廢水中CODCr的量20%時(shí),生化處理將很難適應(yīng)。印染各工序的排水情況一般是:


(1)退漿廢水:水量較小,但污染物濃度高,其中含有各種漿料、漿料分解物、纖維屑、淀粉堿和各種助劑。廢水呈堿性,pH值為12左右。上漿以淀粉為主的(如棉布)退漿廢水,其 COD、BOD值都很高,可生化性較好;上漿以聚乙烯醇(PVA)為主的(如滌棉經(jīng)紗)退漿廢水,C OD高而B(niǎo)OD低,廢水可生化性較差。


(2)煮煉廢水:水量大,污染物濃度高,其中含有纖維素、果酸、蠟質(zhì)、油脂、堿、表面活性劑、含氮化合物等,廢水呈強(qiáng)堿性,水溫高,呈褐色。


(3)漂白廢水:水量大,但污染較輕,其中含有殘余的漂白劑、少量醋酸、草酸、硫代硫酸鈉等。


(4)絲光廢水:含堿量高,NaOH含量在3%~5%,多數(shù)印染廠通過(guò)蒸發(fā)濃縮回收NaOH,所以絲光廢水一般很少排出,經(jīng)過(guò)工藝多次重復(fù)使用最終排出的廢水仍呈強(qiáng)堿性,BOD、COD 、SS均較高。


(5)染色廢水:水量較大,水質(zhì)隨所用染料的不同而不同,其中含漿料、染料、助劑、表面活性劑等,一般呈強(qiáng)堿性,色度很高,COD較BOD高得多,可生化性較差。


(6)印花廢水:水量較大,除印花過(guò)程的廢水外,還包括印花后的皂洗、水洗廢水,污染物濃度較高,其中含有漿料、染料、助劑等,BOD、COD均較高。


(7)整理廢水:水量較小,其中含有纖維屑、樹(shù)脂、油劑、漿料等。


(8)堿減量廢水:是滌綸仿真絲堿減量工序產(chǎn)生的,主要含滌綸水解物對(duì)苯二甲酸、乙二醇等,其中對(duì)苯二甲酸含量高達(dá)75%。堿減量廢水不僅pH值高(一般>12),而且有機(jī)物濃度高,堿減量工序排放的廢水中CODCr可高達(dá)9萬(wàn)mg/L,高分子有機(jī)物及部分染料很難被生物降解,此種廢水屬高濃度難降解有機(jī)廢水。同時(shí)可以查看中國(guó)污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。


2 印染廢水處理方法


目前,國(guó)內(nèi)的印染廢水處理手段以生化法為主,有的還將化學(xué)法與之串聯(lián)。國(guó)外也是基本如此。由于近年來(lái)化纖織物的發(fā)展和印染后整理技術(shù)的進(jìn)步,使PVA漿料、新型助劑等難生化降解有機(jī)物大量進(jìn)入印染廢水,給處理增加了難度。原有的生物處理系統(tǒng)大都由原來(lái)的70 %COD去除率下降到50%左右,甚至更低。色度的去除是印染廢水處理的一大難題,舊的生化法在脫色方面一直不能令人滿意。此外,PVA等化學(xué)漿料造成的COD占印染廢水總COD的比例相當(dāng)大,但由于它們很難被普通微生物所利用而使其去除率只有20%~30%。


針對(duì)上述問(wèn)題,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外都開(kāi)展了一些研究工作,主要是新的生物處理工藝和高效專(zhuān)門(mén)細(xì)菌以及新型化學(xué)藥劑的探索和應(yīng)用研究。其中具有代表性的有:厭氧好氧生物處理工藝、高效脫色菌和PVA降解菌的篩選與應(yīng)用研究、高效脫色混凝劑的研制等。下面從物理法、化學(xué)法和生物法三個(gè)方面的評(píng)述著手,介紹目前印染廢水處理的方法及研究的狀況。


2.1 印染廢水處理的物理法--吸附法


在物理處理法中應(yīng)用最多的是吸附法,這種方法是將活性炭、粘土等多孔物質(zhì)的粉末或顆粒與廢水混合,或讓廢水通過(guò)由其顆粒狀物組成的濾床,使廢水中的污染物質(zhì)被吸附在多孔物質(zhì)表面上或被過(guò)濾除去。目前,國(guó)外主要采用活性炭吸附法(多半用于三級(jí)處理),該法對(duì)去除水中溶解性有機(jī)物非常有效,但它不能去除水中的膠體和疏水性染料,并且它只對(duì)陽(yáng)離子染料、直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料具有較好的吸附性能。Saito T.等人的研究表明,活性炭的吸附率、BOD去除率、COD去除率分別達(dá)93%、92%和63%,活性炭吸附能力可達(dá)到500mgCOD/g炭,污水 如先曝氣,則會(huì)加快吸附速率。但若廢水BOD5>200mg /L,則采用這種方法是不經(jīng)濟(jì)的。


吸附處理使用的吸附劑多種多樣,工程中需考慮吸附劑對(duì)染料的選擇性,應(yīng)根據(jù)廢水水質(zhì)來(lái)選擇吸附劑。研究表明,在pH=12的印染廢水中,用硅聚物(甲基氧)作吸附劑,陰離子染料去除率可達(dá)95%~100%。


高嶺土也是一種吸附劑,研究表明經(jīng)長(zhǎng)鏈有機(jī)陽(yáng)離子處理,高嶺土能有效地吸附廢水中的黃色直接染料。此外,國(guó)內(nèi)也應(yīng)用活性硅藻土和煤渣處理傳統(tǒng)印染工藝廢水,費(fèi)用較低,脫色效果較好,其缺點(diǎn)是泥渣產(chǎn)生量大,且進(jìn)一步處理難度大。


2.2 印染廢水的化學(xué)處理法


2.2.1 混凝法


主要有混凝沉淀法和混凝氣浮法,所采用的混凝劑多半以鋁鹽或鐵鹽為主,其中以堿式氯化鋁(PAC)的架橋吸附性能較好,而以硫酸亞鐵的價(jià)格為最低。近年來(lái),國(guó)外采用高分子混凝劑者日益增加,且有取代無(wú)機(jī)混凝劑之勢(shì),但在國(guó)內(nèi)因價(jià)格原因,使用高分子混凝劑者還不多見(jiàn)。據(jù)報(bào)道,弱陰離子性高分子混凝劑使用范圍最廣,若與硫酸鋁合用,則可發(fā)揮更好的效果?;炷ǖ闹饕獌?yōu)點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單、操作管理方便、設(shè)備投資省、占地面積少、對(duì)疏水性染料脫色效率很高;缺點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用較高、泥渣量多且脫水困難、對(duì)親水性染料處理效果差。


2.2.2 氧化法


臭氧氧化法在國(guó)外應(yīng)用較多,Zima S.V.等人總結(jié)出了印染廢水臭氧脫色的數(shù)學(xué)模式。研究表明,臭氧用量為0.886gO3/g染料時(shí),淡褐色染料廢水脫色率達(dá)80%;研究還發(fā)現(xiàn),連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)所需臭氧量高于間歇運(yùn)行所需臭氧量,而反應(yīng)器內(nèi)安裝隔板,可減少臭氧用量16.7% 。因此,利用臭氧氧化脫色,宜設(shè)計(jì)成間歇運(yùn)行的反應(yīng)器,并可考慮在其中安裝隔板。


臭氧氧化法對(duì)多數(shù)染料能獲得良好的脫色效果,但對(duì)硫化、還原、涂料等不溶于水的染料脫色效果較差。從國(guó)內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和結(jié)果看,該法脫色效果好,但耗電多,大規(guī)模推廣應(yīng)用有一定困難。


光氧化法處理印染廢水脫色效率較高 ,但設(shè)備投資和電耗還有待進(jìn)一步降低。


2.3 印染廢水的生物處理法


70年代以來(lái),國(guó)內(nèi)對(duì)印染廢水以生物處理為主,占80%以上,尤以好氧生物處理法占絕大多數(shù)。從現(xiàn)有情況看,我國(guó)印染廢水生物處理法中以表面加速曝氣和接觸氧化法占多數(shù)。此外,鼓風(fēng)曝氣活性污泥法、射流曝氣活性污泥法、生物轉(zhuǎn)盤(pán)等也有應(yīng)用,生物流化床尚處于試驗(yàn)性應(yīng)用階段。但由于生物對(duì)色度去除率不高,一般在50%左右,所以當(dāng)出水色度要求較高時(shí),需輔以物理或化學(xué)處理。表1為國(guó)內(nèi)印染廢水生物處理工藝運(yùn)用情況。好氧生物處理對(duì)BOD去除效果明顯,一般可達(dá)80%左右,但色度和COD去除率不高,尤其如PVA等化學(xué)漿料、表面活性劑、溶劑及匹布?jí)A減量技術(shù)的廣泛應(yīng)用,不但使印染廢水的COD 達(dá)到2000~3000mg/L,而且BOD/COD也由原來(lái)的0.4~0.5下降到0.2以下,單純的好氧生物處理難度越來(lái)越大,出水難以達(dá)標(biāo);此外,好氧法的高運(yùn)行費(fèi)用及剩余污泥處理或處置問(wèn)題歷來(lái)是廢水處理領(lǐng)域沒(méi)有解決好的一個(gè)難題。據(jù)資料報(bào)道,一般污泥處理或處置費(fèi)用占整個(gè)污水廠費(fèi)用的50%~70%(國(guó)外),在國(guó)內(nèi)也占40%左右。由于上述原因,印染廢水的厭氧生物處理技術(shù)開(kāi)始受到人們的重視,探求高效、低耗、投資省的印染廢水處理新技術(shù)已日顯重要。


厭氧的主要處理構(gòu)筑物是厭氧罐,F(xiàn)ukunaga N.等人對(duì)傳統(tǒng)消化罐作了改造,在罐內(nèi)裝填固定微生物,主要是專(zhuān)性產(chǎn)堿桿菌屬。染料中的偶氮基因、三苯甲烷基因以及單氮基因聚合物,都能通過(guò)厭氧分解,通常在中溫條件下進(jìn)行(37℃),水力停留時(shí)間6h,主要含甲基紅染料的污水顏色能完全去除。有研究表明厭氧處理絲綢印染廢水,在HRT=1.0~1.1d,COD 去除率74%~82%,脫色率分別為:黑色51%、紫紅色94%、玫瑰紅96%、茄紫30%、大紅55%。用UASB和管道厭氧消化器直接處理高濃度染料廢水的中長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果表明,廢水中的色度和 COD去除率分別穩(wěn)定在80%和90%以上。為了探求高效、低耗、低投資的印染廢水處理新技術(shù),近年來(lái)在厭氧法與好氧法的結(jié)合方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究,獲得了很大的成功。此時(shí)與好氧法結(jié)合的厭氧處理已不是傳統(tǒng)的厭氧消化,它的水力停留時(shí)間(HRT)一般為3~5h,只發(fā)生水解和酸化作用。這一工藝流程的提出主要是針對(duì)印染廢水中可生化性很差的一些高分子物質(zhì),期望它們?cè)趨捬醵伟l(fā)生水解、酸化,變成較小的分子,從而改善廢水的可生化性,為好氧處理創(chuàng)造條件。采用這一流程,較好地解決了PVA、染料的處理問(wèn)題。這一流程的另一大特點(diǎn)是,好氧段所產(chǎn)生的剩余污泥全部回流到厭氧段,厭氧段有較長(zhǎng)的固體停留時(shí)間(SRT),有利于污泥厭氧消化,從而顯著降低了整個(gè)系統(tǒng)的剩余活性污泥量。因此,厭氧好氧系統(tǒng)中的厭氧段具有雙重的作用:一是對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理,改善其可生化性能,吸附、降解一部分有機(jī)物;二是對(duì)系統(tǒng)的剩余污泥進(jìn)行消化。有廢水需要處理的單位,也可以到污水寶項(xiàng)目服務(wù)平臺(tái)咨詢具備類(lèi)似污水處理經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)。


采用這一流程,目前主要開(kāi)發(fā)了兩種工藝:厭氧好氧生物炭接觸工藝;厭氧好氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)工藝。兩種工藝在設(shè)備和工藝上各有特點(diǎn)。


2.3.1 厭氧好氧生物炭接觸氧化工藝


主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下:調(diào)節(jié)池:HRT 8~10h;厭氧池:HRT 3~5h;好氧池:HRT 6~8h ;生物炭池:HRT 1~2h。


試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用表明,厭氧好氧生物炭流程在上述運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)下,對(duì)于CODCr為800~1000mg/L的印染廢水,處理效果完全可以達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn),再稍加進(jìn)一步處理還可回用,系統(tǒng)的污泥趨于自身平衡。目前已有多家生產(chǎn)廠采用該流程,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間最長(zhǎng)的達(dá)5年以上,處理效果穩(wěn)定,而且從未外排污泥,也沒(méi)發(fā)現(xiàn)厭氧池內(nèi)污泥過(guò)度增長(zhǎng)。


2.3.2 厭氧好氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)


將厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)與好氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)串聯(lián)起來(lái),用于印染廢水處理,也取得了好的效果。該工藝中厭氧、好氧各有污泥分離與回流裝置,整個(gè)系統(tǒng)的剩余污泥全部回流到厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)。一是為了提高生物量,因而也縮短總的水力停留時(shí)間,二是為了將多余的活性污泥消化在系統(tǒng)內(nèi)部。該工藝流程也是兼?zhèn)涔讨L(zhǎng)和懸浮生長(zhǎng)的特點(diǎn)。還可通過(guò)向轉(zhuǎn)盤(pán)投加絮凝劑進(jìn)一步提高COD去除率和脫色率。該流程對(duì)COD、色度等的去除率均達(dá)到70%以上。適當(dāng)投加微量絮凝劑,測(cè)得CODCr、色度的去除率可提高15%~20%。進(jìn)一步提高厭氧池中的懸浮污泥濃度也可以提高脫色率和COD去除率。但該工藝中轉(zhuǎn)盤(pán)的金屬構(gòu)件有腐蝕現(xiàn)象,需進(jìn)一步研究解決。


3 堿減量廢水處理方法


據(jù)資料介紹,目前處理堿減量廢水的成熟技術(shù)在國(guó)內(nèi)仍是空白。在研究該項(xiàng)廢水的處理時(shí)通常采用化學(xué)法,化學(xué)法去除對(duì)苯二甲酸有較好的作用,但仍存在不少問(wèn)題。


化學(xué)法處理堿減量廢水的理論依據(jù)是:堿減量廢水用酸中和使pH值達(dá)到4~6后,對(duì)苯二甲酸析出,去除對(duì)苯二甲酸的堿減量廢水再與滌綸仿真絲印染廢水中精煉、印染等其他工藝的廢水混合,綜合廢水的p H值一般小于11,CODCr不超過(guò)1400mg/L,在此情況下采用生化法進(jìn)行治理,再經(jīng)物化處理,出水即可達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。


通常堿減量廢水處理的流程為:堿減量廢水→調(diào)節(jié)池→中和池→PE過(guò)濾器→出水與其它廢水混合進(jìn)一步生化處理。


采用化學(xué)法析出對(duì)苯二甲酸作為堿減量廢水預(yù)處理技術(shù),然后用生物技術(shù)處理綜合廢水的方法是治理高濃度滌綸仿真絲印染廢水的有效方法,是目前治理該類(lèi)廢水的主要途徑。汕頭經(jīng)濟(jì)特區(qū)新昌紡織印染廠有限公司實(shí)際應(yīng)用表明:在原水水質(zhì)濃度高、波動(dòng)范圍大的情況下,排放水可達(dá)到國(guó)家規(guī)定的水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)。


該廠廢水采用此法治理投資為5500元/m3廢水;占地面積0.61m2/m3廢水;電費(fèi)為0.44元/m3廢水;藥費(fèi)為0.9元/m3。


采用化學(xué)法處理堿減量廢水雖然處理效果較好,但仍存在一些問(wèn)題: (1)預(yù)處理工藝的最佳pH值在4~6的范圍內(nèi),而堿減量廢水pH值為12~14,降低pH值需耗用一定數(shù)量的酸,從而使運(yùn)行費(fèi)用提高,這是亟待解決的問(wèn)題。 (2)預(yù)處理產(chǎn)生的對(duì)苯二甲酸白色粉狀物在工業(yè)上有回收利用價(jià)值,但市場(chǎng)銷(xiāo)路有待開(kāi)拓。有廢水需要處理的單位,也可以到污水寶項(xiàng)目服務(wù)平臺(tái)咨詢具備類(lèi)似污水處理經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)。


4 結(jié)論及存在問(wèn)題


印染廢水是一種水量大、色度高、組份復(fù)雜的廢水,水質(zhì)變動(dòng)范圍大。在城市下水道和污水處理廠建設(shè)較完善的城市,廢水首先在工廠作預(yù)處理,達(dá)到城市下水道排放標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行集中處理。廢水經(jīng)過(guò)預(yù)處理再排放可改善污水水質(zhì),降低城市污水廠處理負(fù)荷,同時(shí)便于根據(jù)不同的廢水水質(zhì)采取不同的預(yù)處理手段。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)難于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,可采用一段生物處理。色度的去除,一般以物理化學(xué)方法為主,對(duì)于規(guī)模大、處理水平高的工廠,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(guò)濾。


從我國(guó)染料行業(yè)廢水治理技術(shù)的現(xiàn)狀來(lái)看,盡管經(jīng)過(guò)多年努力,已取得一批實(shí)用技術(shù),解決了不少問(wèn)題,但總體上沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的突破,特別是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工廠布局等不合理因素的存在,加重了廢水的治理難度。因此,認(rèn)為解決廢水問(wèn)題的根本出路在于工藝改革,通過(guò)采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝來(lái)減排或不排廢水。這方面國(guó)內(nèi)已有許多成功的例子,如苯胺和鄰甲苯胺的生產(chǎn)將鐵粉還原改為氫化還原,徹底消除了鐵泥水的污染;又如以氫化還原代替硫化堿還原用于氨基苯甲醚的生產(chǎn),徹底消除了含硫廢水等。


預(yù)防和治理印染廢水的污染是相輔相成的兩個(gè)方面,如果既采用預(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,這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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