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一文看懂印染废水的各种处理技术

印染行业是纺织工业用水量较大的行业,水作为媒介参与整个印染加工过程。印染废水是指棉、毛、麻、丝、化纤或混纺产品在预处理、染色、印花和整理等过程中所排出的废水。本文主要梳理了印染废水的各种处理方法。


1印染废水来源和水质特点
由于印染过程中工艺繁复,且需投放种类繁多的染料、浆料、助剂等化学品,因此印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大等特点,属难处理的工业废水。
印染废水不单单产生于染色过程中,印染过程分多个工序,每一道工序都要排出废水,预处理阶段(包括烧毛、退浆、煮炼、漂白、丝光等工序)要排出退浆废水、煮炼废水、漂白废水和丝光废水,染色工序排出染色废水,印花工序排出印花废水和皂液废水,整理工序则排出整理废水。


印染废水是以上各类废水的混合废水。其中所含的污染物有原料的污物、油脂、添加的各种浆料、染料、表面活性剂、助剂、酸碱等。


2印染废水处理技术
印染废水的处理方法主要有:物理处理法、化学处理法、物化处理法、生物处理法。印染废水处理以生物法为主,还结合其他方法进行预处理。
 物理法
(1) 膜分离
作为一种高效分离技术,膜分离是利用生物膜对物质选择性通透的原理,对废水中的污染物进行分离、浓缩、回收而达到废水处理目的。


膜分离技术不需投加化学试剂,在处理过程中也不产生新的化学物质,不产生二次污染;处理过程简单,操作方便,可在常压下进行,能耗低;可从废水中回收有用的盐类和部分染料,使之循环使用;处理后的废水可直接回用,减少了废水排放量。
膜分离技术应用于染料废水处理方面主要是超滤和反渗透。据报道,用管式和中空纤维式聚砜超滤膜处理还原染料废水脱色率在95%~98%之间,CODCr去除率60%~90%,染料回收率大于95%。而纳滤膜用于印染废水处理中,如采用加压过滤方式,通常在1.0Mpa以上的操作压力下运行,不仅能耗高而且膜污染严重,切对原水处理要求较高,改加压式过滤工艺为浸没式过滤工艺可以提高其效率并节能。


(2) 高能物理法
高能物理法是一种新的水处理技术,当高能粒子束轰击水溶液时,水分子发生激发和电离,生成离子、激发分子、次级电子,这些辐射产物在向周围介质扩散前会相互作用产生反应能力极强的物质HO˙自由基和H原子,与有机物质发生作用而使其分解。高能物理法处理印染废水具有有机物的去除率高、设备占地小、操作简单、用来产生高能粒子的装置昂贵、技术要求高、能耗大、能量利用率不高等特点。


(3)超声波技术
利用超声波可降解水中的化学污染物,尤其是难降解的有机污染物。它集高级氧化技术、焚烧、超临界水氧化等多种水处理技术的特点于一身,降解条件温和、降解速度快、适用范围广,可以单独或与其它水处理技术联合使用。该方法的原理是废水经调节池加入选定的絮凝剂后进入气波振室,在额定的震荡频率的激烈震荡下,废水中的一部分有机物被开键成为小分子,在加速水分子的热运动下,絮凝剂迅速絮凝,废水中色度、COD、苯胺浓度等随之下降,起到降低废水中有机物浓度的作用。目前超声技术在水处理上的研究已取得了较大的成果,但绝大部分的研究都还局限于实验室水平上。




物化法
(1)吸附法
吸附法特别适合低浓度印染废水的深度处理,具有投资小、方法简便、成本低的特点,适合中小型印染厂废水的处理。
吸附法是利用多孔性固体(如活性炭、吸附树脂等)与染料废水混合,或让废水通过由其颗粒状物组成的滤床,利用吸附剂表面活性,将染料废水中的有机物和金属离子吸附并浓集于其表面,达到净化水的目的。




(2)混凝法
混凝法主要有沉淀法和气浮法,因其具有投资费用低、设备占地少、处理容量大、脱色率高等优点,至今仍是我国中小型印染企业普遍采用的废水处理方法。混凝剂有无机混凝剂、有机混凝剂及生物混凝剂等。混凝法常用的混凝剂是硫酸铝、氯化铝、硫酸亚铁、聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚丙烯酰胺(PAM)等,PAC吸附架桥性能最好,而PFS价格较低。混凝法对疏水性染料效果好,但对亲水性染料效果差。在废水中投加铝、铁盐等絮凝剂,使其形成高电荷的羟基化合物,他们对水中憎水性染料分子如硫化染料、还原染料、分散染料的混凝效果较好。混凝过程中明显的吸附架桥作用不会改变染料分子的结构。




化学法
(1)化学氧化法
化学氧化法是目前较为成熟的方法,是利用臭氧、Fenton试剂、氯、次氯酸钠等将染料的发色基团破坏而脱色。
臭氧氧化法对多数染料能获得良好的脱色效果,不产生污泥和二次污染,而且臭氧发生器简单紧凑、占地少,容易实现自动化控制。但是处理成本高,对硫化、还原等不溶于水的染料效果较差。不适合大流量废水的处理,而且CODCr去除率低。通常很少采用单一的臭氧法处理印染废水,而是将它与生物法、混凝法等其它方法相结合,彼此互补以求达到最佳的废水处理效果。
Fenton试剂氧化法,其脱色的实质是H2O2 与Fe2+ 反应所产生的羟基自由基使染料有机物断链。 Fenton试剂除氧化作用外,还兼有混凝作用。采用铁屑过氧化氢氧化法处理印染废水,在pH为1~2时铁氧化生成新态Fe2+,其水解产物可脱除硝基酚类,蒽醌类染料废水色度。




(2)光化学氧化法
光催化氧化应用废水治理领域,始于20世纪80年代后期,可分为光分解、光敏化氧化、光激发氧化和光催化氧化四种,目前研究和应用较多的是光催化氧化法。光氧化法处理印染废水脱色效率较高,但设备投资和电耗还有待进一步降低。
常用光敏化半导体(如TiO2、CdS 、Fe2O3 、WO3 作催化剂),在紫外线高能辐射下,电子从价带跃迁进入导带,在价带产生空穴,从而引发氧化反应。此法对染料废水的脱色效率高,缺点是投资和能耗高。
与传统的水处理技术中的以污染物的分离、浓缩以及相转移为主的物理方法相比,光化学氧化能有效地破坏许多结构稳定的生物难降解的有机污染物,而且具有反应条件温和(常温、常压)、氧化能力强、速度快、节能高效、污染物降解彻底等优点,几乎所有的有机物在光催化作用下可以完全氧化为CO2、H2O等简单无机物。但光催化氧化方法对高浓度废水效果不太理想。




(3)电解法
利用电解过程中的化学反应,把印染废水中的污染物转化为无害物质。近年来由于电力工业的发展,电力供应充足并使处理成本大幅降低,电化学法已逐渐成为一种非常有竞争力的废水处理方法。染料废水的电化学净化根据电极反应发生的方式不同,可分为内电解法、电凝聚电气浮、电催化氧化等。
电解法对处理含酸性染料废水效果较好,但对颜色深、COD高的废水处理效果差。电解法一般还同时伴随着气浮或混凝沉淀作用,所以处理效果较好,但是也存在电解过程中所加的电解质会造成其它杂质超标现象。




生物法
生物处理方法可分为好氧法、厌氧法和厌氧-好氧结合。国内对印染废水以生物处理为主,尤以好氧生物处理法占绝大多数。好氧处理法运行简单,对CODCr、BOD5的去除率较高,对色度的去除率却不太理想。而厌氧处理法对印染废水的色度去除率较高。厌氧处理法污泥生成量少,产生的气体是甲烷,可利用作为能源。但单独使用,效果不理想。目前印染废水在处理时,多先进行厌氧处理,提高废水的可生化性,使出水水质稳定,减少了冲击负荷,便于后续的好氧处理。
生物法之好氧法
(1)活性污泥法
具有投资相对较低、处理效果较好等优点。该技术将废水与活性污泥(微生物)混合搅拌并曝气,使印染废水中的有机污染物分解,生物固体随后从已处理废水中分离,并可根据需要将部分回流到曝气池中。活性污泥既能分解大量的有机物质,又能去除部分色度,还可以微调pH值,运转效率高且费用低,出水水质较好,适合处理有机物含量较高的印染废水。




(2)SBR法


序批式活性污泥法(SBR)是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥废水处理技术。该技术具有时间上的推流作用和空间上的完全混合两个优点,使其成为处理难降解有机物极具潜力的工艺。彭若梦等采用SBR工艺处理印染废水,在进水COD在800mg/L,pH在8.0左右的情况下,COD的去除率在50%~90%。


(3)生物膜法
生物膜法是通过生长在填料如滤料、盘面等表面的生物膜来处理废水的方法,该法对印染废水的脱色作用较活性污泥法高。生物膜法在印染废水处理中有较多的形式,主要包括接触氧化法和生物滤池。由于印染废水的高浓度、难降解特性,决定了单纯的生物膜法在处理印染废水中很难达到满意的处理效果。






(4)生物接触氧化法
该法是从生物膜法派生出来的,兼具活性污泥和生物膜两者的优点。废水与生物膜相接触,生物膜由菌胶团、丝状菌、真菌、原生动物和后生动物组成,在有氧的条件下,生物膜吸附废水中的有机物,有机物被微生物氧化分解,可使废水得到净化,因其具有容积负荷小、占地少、污泥少、不产生丝状菌膨胀、无需污泥回流、管理方便、可降解特殊有机物的专性微生物等特点,近年来在印染工业废水中广泛采用。




(5) MBR工艺
MBR又称膜生物反应器,是一种由活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术。膜的种类繁多,按分离机理进行分类,有反应膜、离子交换膜、渗透膜等;按膜的性质分类,有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜);按膜的结构型式分类,有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。在MBR工艺中,膜分离组件可以提高某些专性菌的浓度活性,还可以截留大分子难降解物质;还可以在处理废水的同时回收化工原料;处理后排除的部分水能达到回用水的标准。




生物法之厌氧法
(1)厌氧生物滤池
厌氧生物滤池的构造与浸没式好氧生物滤池相似,但池顶密封。滤池中厌氧微生物浓度较高,生物固体平均停留时间可长达150d左右。厌氧生物滤池的运行效果受温度影响大,不同温度下厌氧生物滤池的容积负荷相差较大,大多数厌氧生物滤池在中温(35℃±3℃)条件下运行。




(2)UASB反应器
上流式厌氧污泥床(UASB)反应器是在升流式厌氧生物滤池的基础上发展起来的一种高效厌氧生物反应器,主要由进水配水系统、反应区、三相分离器、出水系统和排泥系统组成。




(3)ABR反应器
厌氧折流板式(ABR)反应器运用挡板构造,在反应器内形成多个独立的反应器,实现了分相多阶段缺氧,其流态以推流为主;具有不断流,不堵塞,无需搅拌和易启动的特点。自20世纪80年代初诞生以来,提高它的性能或者处理某类特别难降解的废水一直是其研究的重点。




(4)厌氧流化床
厌氧流化床(AFB)反应器具有接触充分、水力停留时间短、不易堵塞、负荷高、占地少等特点。由于在较高的废水和气体的流速下产生混合作用,使得该反应器可以保持较高的负荷和去除率。




(5)IC反应器
厌氧内循环(IC)反应器由第一反应室和第二反应室叠加而成,每个反应室的顶部各设一个集气罩和水封组成的三相分离器,如同两个UASB反应器上下叠加串联。具有容积负荷率高、占地面积少、抗冲击负荷能力强、出水的稳定性高的工艺特征。






(6)水解酸化处理


工程上厌氧发酵产生沼气的的过程可分为水解阶段、酸化阶段和甲烷化阶段等三个阶段。水解酸化工艺是把反应控制在第二阶段完成之前,不进入第三阶段。在水解反应器中实际完成水解和和酸化两个过程。在以往的研究中发现采用水解反应器,可以短的停留时间(HRT=2.5h)和相对高的水力负荷下(>1.0m3/(m2˙h))获得较高的悬浮物去除率(平均85%的SS去除率),还可以改善和提高原污水的可生化性和溶解性,以利于好氧后处理工艺。但是,该工艺的COD去除率相对较低,仅有40%~50%,并且溶解性COD去除率很低,实际上只能起到预酸化作用。


生物法之厌氧-好氧组合
传统的好氧和厌氧生物处理法已不能满足印染行业的需求,进而产生了厌氧-好氧组合生物处理技术,充分利用了厌氧和好氧生物处理技术的优点,厌氧-好氧系统中的厌氧段具有双重的作用:一是对废水进行预处理,改善其可生化性能,吸附、降解一部分有机物;二是对系统的剩余污泥进行消化。例如如下三种工艺:厌氧-好氧-生物炭接触工艺、厌氧-好氧生物转盘工艺和水解酸化-好氧工艺。
厌氧-好氧-生物炭接触:对于CODCr为800~1000mg/L的印染废水,使用该处理工艺,处理效果完全可以达到国家排放标准,再稍加进一步处理还可回用,系统的污泥趋于自身平衡。目前已有多家生产厂采用该流程,运转时间最长的达5年以上,处理效果稳定,而且从未外排污泥,也没发现厌氧池内污泥过度增长。
厌氧-好氧生物转盘:该工艺中厌氧、好氧各有污泥分离与回流装置,整个系统的剩余污泥全部回流到厌氧生物转盘。该流程对COD、色度等的去除率均达到70%以上。适当投加微量絮凝剂,测得CODCr、色度的去除率可提高15%~20%
水解酸化-好氧工艺:水解酸化与好氧法结合的厌氧处理已不是传统 的厌氧消化,水力停留时间一般为3~5 h,只发生 水解和酸化作用。这一工艺流程的提出主要是针对 印染废水中可生化性很差的一些高分子物质,期望 他们在厌氧段发生水解、酸化,变成较小的分子, 从而改善废水的可生化性,为好氧处理创造条件, 并能较好地解决PVA、染料的处理问题。

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