1.印染废水排放概况
印染废水来源及污染物成分十分复杂,具有水质变化大、有机物含量高、色度高等特点。直接排放对人类健康和生存环境带来极大危害。
印染废水处理若采取生化、物化相结合的处理工艺,出水可达到
综合废水排放标准的一级标准。
印染废水处理若采用的单一的生化和物化处理工艺,出水水质达不到一级标准,多数印染企业是纳入工业园区管网标准后进入园区废水站再进一步处理。
印染废水调节池物化处理技术生化处理技术排放物化+生化技术
2.
印染水回用概况
经济的持续增大、企业规模的不断扩大,水资源的匮乏,必将导致水价格的不断提高,因此,大力发展印染废水回用事业,不仅能节约有限的水资源,缓解企业日趋突出的用水紧张矛盾,而且能减少污水的排放。
3.核心工艺组合如下:
废水类型
水质类型
推荐工艺
备注
二沉池出水
达标
砂滤+UF+RO/NF
适用占地面积小企业
达标
预处理+RO/NF
适用占地面积大企业
不达标
MCR/MBR+RO/NF
若采用其他传统工艺还需要进一步进行预处理
无任何处理系统低浓度废水
不达标
MCR/MBR+RO/NF
若采用其他传统工艺还需要进一步进行预处理
砂滤+UF+RO/NF
4.印染废水中水回用工艺
针对达标排放和纳管排放的印染废水,在工程实践与试验研究基础上,结合印染废水“节能减排回用”要求,建立了几套比较完善的印染废水中水回用工艺。
一、砂滤+UF+RO/NF处理工艺
1.
印染废水经过前处理工艺处理后,降低废水中的CODcr、废水中的悬浮物、浊度,进入超滤处理系统,去除更小的悬浮物、浊度和色度后在进入后续的RO/NF处理系统,截留废水中的污染物质,进行污染物的分离和浓缩,使出水达到生产回用水水质要求。
二、预处理+RO/NF处理工艺
1
.印染废水经过生化或物化传统工艺处理后,经过二沉池出水(出水水质较好),废水中的悬浮物、CODcr得到有效处理后。二沉池上清液经过滤池或高效沉淀技术进一步去除废水中悬浮物和浊度,使出水SDI达到<5的要求下,在进入后续的RO/NF处理系统,截留废水中的污染物质,进行污染物的分离和浓缩,使出水达到生产回用水水质要求。
预处理系统:本系统采用砂滤池、快滤池或高效沉淀技术进一步去除废水中的悬浮物和浊度,是出水SDI达到<5的要求。
三、MCR/MBR+RO/NF处理工艺
1.
印染废水经过传统工艺处理后或者低浓度废水未经过处理后,废水中的有机污染物和悬浮物的浓度较高,通过MCR或MBR处理技术,降低废水中的有机污染物和悬浮物,进入后续的RO/NF处理系统,截留废水中的污染物质,使出水达到回用水水质要求。
膜-生物反应器工艺(MBR工艺)是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留住,分离出清水,实现生化反应与清水分离同步进行,省掉二沉池。
MBR紧凑简洁单元结构特别适合于处理成份复杂、污染物浓度高的印染废水。
MBR工艺的优点:处理效率高、出水水质好、污泥少
水力停留时间短、占地面积小
易清洗、易更换、运行稳定、运行成本低
耐冲击能力强、COD和色度去除效率高
膜-混凝化学反应器(MCR工艺),该工艺是天创公司在MBR工艺基础上研究出一种新型的废水处理工艺。MC工艺是将化学混凝工艺与膜分离工艺加以结合,用膜代替混凝反应中的沉淀池,起到泥水分离的作用。
MCR工艺优点:减少了沉淀池、降低了占地面积
提高传统化学混凝的反应效
与传统化学混凝相比,无需加药剂
出水水质好、操作灵活简便
2. 印染废水的废水回用
印染行业是耗水大户,废水排放量和污染物总量分别位居全国工业部门的第二位和第四位,是我国重点污染行业之一。印染废水一直以排放量大、处理难度高而成为废水治理工艺研究的重点和难点。同时,随着我国经济的飞速发展,水资源紧缺已成为制约我国印染行业进一步发展的限制因素。为了实现印染行业的可持续发展,印染废水的资源化回用成为实现这一目标的关键。
以服装染色、洗涤、整烫为主的生产型企业,在生产过程中排出大量废水,废水中含有一定的有机物和色度,需要对废水进行深度处理后才能回用。国家要求全行业污水回用率“十一五”期间达到60%,但污水处理后回用率还达不到7%,同时,由于我国是一个严重缺乏水资源的国家,有限的水资源也决定了印染行业必须走循环经济发展之路,因此,大力开展中废水再利用是立足长远的明智选择。 1、执行有关环保规定,确保各项出水指标符合国家和地方有关水质标准的要求;
2、选择比较成熟的处理工艺,系统运行简单可靠、安全、操作方便,尽量减少运行成本及投资费用;
3、选择处理工艺流程短、可行性、耐冲击、处理效果稳定;
4、操作管理方便、便于维护;
5、建设地点及用地应充分考虑用户的现有条件,根据厂方要求,指定地点用地,并应考虑管网的合理布置;
6、水处理站应无二次污染,以减少对周围生活环境的影响。 印染废水回用工艺中,以石灰作为PH调节剂,以硫酸亚铁作为混凝剂,故出水铁含量较高,不能直接用于回用,但本项目是以物化+生化工艺为前段污水处理工艺的,特别是经过接触氧化池强化曝气,水中的二价铁均转化为三价铁,在出水中形成了氢氧化铁微絮体,这也是污水处理站出水浑浊、有色度的主要原因。
只要在出水中添加一定量的碱式氯化铝和PAM,就可将氢氧化铁微絮体结合成较大的絮体,通过高效过滤,即可除去污水中铁,故本项目采用AFF不对称纤维过滤器,AFF是一种集加药、微絮凝、沉淀和过滤为一体的高效过滤设备,其特点是滤速快(滤速是砂滤的10倍以上)、过滤精度高(过滤精度为5um,是一般砂滤的4倍)、反冲容易、管理方便,在本项目中,AFF主要是作为除铁和中水中悬浮物的设备。
经过AFF过滤的中水,COD指标仍为100mg/l左右,而且主要为可溶性COD(SCOD),直接影响中水回用价值,同时有机物对反渗透膜使用寿命影响甚大,必须通过适当的处理工艺,使其降至30mg/l以下。
故采用膜生物流化床(MBFB)工艺,利用经过特殊处理的陶瓷膜,将膜分离系统与高负荷生物流化床工艺相结合,以获取稳定的处理水质。该工艺已在美国、日本、英国、德国、南非、澳大利亚等国家和地区的污水和废水处理领域得到推广和应用。
经过MBFB工艺处理的出水,除电导率指标外,其水质可达到纺织印染行业车间回用水的行业要求的标准,可直接用于生产过程的水洗、皂洗和冲洗等车间,大约可达到60%的回用率。同时MBFB工艺也可作为反渗透工艺的前处理工段,MBFB可直接进入反渗透膜进行脱盐,而不必经过复杂的保安过滤和超滤工段。
采用先进的中水回用处理工艺,在原有污水达标排放的基础上,进一步降低水中铁、COD浓度,一方面可直接作为回用水,用于水洗、皂洗和前段冲洗等对水质要求不高的工段;另一方面处理后的中水,可直接通过反渗透或离子交换脱盐,免除了反渗透工艺中多级保安过滤和超滤工艺,减少了前处理费用,延长RO膜使用寿命。
3. 印染废水处理存在哪些问题
印染废水的显著特点之一,就是带有比较高的色度。经过生化处理后,虽然版随着BoD的降低,部分悬浮物的去权除,色度也是有所降低,但是出水仍有较深的色泽,这对排放或生产回用都是不利的。因此,需要进行脱色处理。色度主要是由残留的染料所引起,染料可分为亲水性染料和疏水性染料。它们在水中各自呈现溶解状和胶体状,此外,经生化处理后,尚未被去除的悬浮物、染料和助剂等也可能引起色泽。脱色就是要去除上述污染物质。目前,国内外对印染废水脱色处理采用的方法有几十种,常用的方法有化学混凝法、化学氧化法、活性炭吸附法、反(渗)透法等。但这些方法都存在两个缺点
(1)有些方法仅适用于亲水性染料废水的脱水,另一些方法又仅适用于疏水性染料废水的脱色。
(2)脱色费用较高,在常见的印染废水中,一般都同时含有亲水性和疏水性二类染料,单独使用一种脱色方法往往得不到满意的脱色效果,如果使用脱色完全的组合式处理系统,脱色费用就会成陪增高。
4. 染料废水处理方法的研究进展
纺织染料工业近年来快速发展,目前我国各种染料产量已达90万T,染料废水已成为环境重点污染源之一。染料行业品种繁多,工艺复杂。其废水中含有大量的有机物和盐份,具有CODCR高,色泽深,酸碱性强等特点,一直是废水处理中的难题。本文主要介绍了染纤困料废水处理技术中的物理法、化学法、电化学法、生化法,以及这些技术的特点原理及其近年来研究进展和应用。
1物理法
1.1吸附法
吸附法是利用多孔性固体(如活性炭、吸附树脂等)与染料废水接触,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。
活性炭具有较强的吸附能力,对阳离子染料,直接染料,酸性染料、活性染料等水溶性染料具有较好的吸附功能,但活性炭价格昂贵,不易再生。由壳聚糖与活性炭及纤维素混合制成的染料吸附剂对活性染料和酸慧竖李性染料有优异的吸附能力,其吸附容量分别为264和421MG/G(椰子活性炭吸附容量少于80MG/G)。该吸附剂在水中具有优良的分散性,可采用简单而廉价的接触过滤法处理。
大孔吸附树脂是内部呈交联网络结构的高分子珠状体,具有优良的孔结构和很高的比表面积。吸附树脂可用于去除难以生物处理的芳香族磺酸盐,萘酚类物质。它易再生,且物理化学稳定性好,树脂吸附法已成为处理染料废水的有效方法之一。
1.2膜分离
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%。近年来,用壳聚糖超滤膜和多孔炭膜的新型膜材料来处理印染废水,取得较好的效果。夏之宁等研究了染料废水在超声作用下,通过醋酸纤维素膜的透水率与透盐率,发现超声波在膜分离中有明显的加速传质和去“浓差极化”作用,有超声波作用时其渗透率是无超声波时的1.5倍,对透盐率影响更大,其截留率分别为94%和67%。
2化学法
2.1化学混凝法
化学混凝法主要有沉淀法和气浮法,此法经济有效,但产生化学的污泥需进一步处理。常用的有无机铁复合盐类。近年来国内外采用高分子混凝剂日益增多。天然高分子絮凝剂主要有淀粉及淀粉衍生物、甲壳质衍生物和木质素衍生物3大类。曾淑兰等用NAOH作催化剂将玉米淀粉和醚化剂M反应制得的阳离子淀粉CST,用量为7~15MG/L时,对酸性染料、活性染料的脱色率达90%以上。吴冰艳等用接枝聚合制得的木质素季胺盐絮凝剂处理J酸染料废水,絮凝剂中的季胺离子与废水中的磺酸基团生成不溶于水的物质,投量20MG/L,色度去除率达90%。
方忻兰利用海虾、蟹壳为原料制得的壳聚糖用来处理印染废水,CODCR去除率达85%以上。天然高分子絮凝剂电荷密度小,分子量低,易发生生物降解而失去絮凝活性。人工合成的有机高分子絮凝剂分子量大,分子链中所带的官能团多,絮凝性能好,用量少,PH范围广。代表性的人工有机高分子絮凝剂有PAN-DCD(二氰二胺改性聚丙烯腈聚电解质)、WX系列高分子脱色絮凝剂、PDADMA-A(二甲基二烯丙基氯化铵聚合物)M。 2.2化学氧化法
化学氧化是利用臭氧、氯、及其含氧化物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。但对硫化、还原等不溶于水的染料效果较差。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。研究表明,用此法处理2-萘磺酸钠生产废水,先用FECL3混凝沉淀后,然后在PH1.5~2.5条件下以H2O22G/GCODCR,FE2+4G/L水,氧化60MIN可去除CODCR99.6%、色度95.3%[19]。
2.3湿式空气氧化法
湿式空气氧化法(WAO)是在高温(125~320℃)、高压(0.5~20MPA)条件下通入空气,使废水中的有机物直接氧化[20]。超临前迟界水氧化(SCWO)是指当温度、压力高于水的临界温度(374℃)和临界压力(22.05MPA)条件下的水中有机物的氧化。它实质上是湿式氧化法的强化和改进。超临界态水的物理化学性质发生较大的变化,水汽相界面消失,形成均相氧化体系,有机物的氧化反应速度极快。MODEL等[21]对有机碳含量27.33G/L的有机废水,在550℃,60S内,有机氯和有机碳的去除率分别为99.99%和99.97%。超临界水氧化法与传统的方法相比,效率高,反应速度快,适用范围广,可用于各种难降解有机物;在有机物的含量低于2%时;可通过自身热交换,无须外界供热,反应器结构简单,处理量大。
2.4光催化氧化法
光催化氧化法常用H2O2或光敏化半导体(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。张桂兰等用新型的旋转式光催化反应器,在优化条件下采用悬浮态TIO2时,偶氮染料脱色率达98%。程沧沧等[23,24]分别采用固定床型光反应器和斜板式光反应器对有机染料直接耐翠蓝GL进行了光催化降解研究,经60MIN光照,其降解率分别为83%和81.4%。
3生化法
生化法具有运行成本低,对环境污染少的特点。但染料废水水质波动大,种类多,毒性高,对温度和PH条件要求较苛刻的微生物很难适应。
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。而厌氧处理法对染料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。黄天寅等在处理酞菁蓝废水过程中,采用气提、吹脱和气浮等物化手段去除原水中大部分NH3-N和CU2+,提高其生化性。
经厌氧处理后,各项指标均可达到污水综合排放标准的一级标准,CODCR去除率90.0%,BOD5去除率88.9%,NH3-N去除率99.1%,CU2+去除率99.7%。由于近年来染料向抗分解,抗生物降解的方向发展,单独一种工艺很难取得满意的效果。现在处理工艺正朝向厌氧—好氧联合处理工艺发展。闫庆松等[26]对染料废水采用了厌氧—好氧工艺。厌氧段采用UASB工艺,中温消化,停留时间48H,CODCR去除率可达55%,出水BOD5/CODCR值由0.1提高到0.42,系统内形成颗粒污泥,其沉降性能良好。好氧段采用接触氧化法,经驯化后,污泥对废水的降解能力逐步提高。 高效菌群(HIGHSOLUTIONBACTERIA)是利用复合的微生物群来处理染料废水的方法,菌种现已发展到100多种,如反硝化产碱菌、脱氮硫杆菌、氧化硫硫杆菌等。它可以针对不同的废水配成不同的菌群去分解不同的污染物,具有较高的针对性。高效微生物群将有机物分解成SO2、H2O以及许多对水质没有影响的有机小分子。运用H.S.B技术处理无锡某染料厂生产的分散染料、酸性染料(CODCR浓度达2000~2500MG/L)的废水,出水CODCR小于100MG/L,平均去除率为92.68%。苯胺去除率94%,酚为93%,氨氮为92%,色度均在50倍以下[27]。为了增加优势菌种在生物处理装置中的浓度,提高对染料废水的处理效率,通常将游离的细菌通过化学或物理的手段加以固定,使其保持生物活性和提高使用率。研究表明,高效脱色菌群固定在活性污泥上,脱色酶活力提高70%。
4电化学法
电化学法治理废水,实质是间接或直接利用电解作用,把染料废水中的有毒物质转化为无毒物质。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。
应用最广泛的内电解法是铁屑炭法。靳建永用铁屑内电解法对5大类11种染料废水进行脱色处理。研究表明,对中等色度和浓度的废水,脱色率在96%以上;加入助剂可使废水CODCR去除率在70%以上。内电解法的优点是利用废物在不消耗能源的前提下去除多种污染成分和色度,缺点是反应速度慢、反应柱易堵塞、对高浓度废水处理效果差。
在外电压作用下,利用可溶性阳极(铁或铝)产生大量阳离子,对胶体废水进行凝聚,同时在阴极上析出大量氢气微气泡,与絮粒粘附一起上浮。这种方法称为电凝聚电气浮。与化学凝聚法相比,其材料损耗少一半左右,污泥量较少,且无笨重的加药措施。其缺点是电能消耗和材料消耗过大。
电催化氧化是通过阳极反应直接降解有机物,或通过阳极反应产生的羟基自由基、臭氧等氧化剂降解有机物。电催化氧化法的优点是有机物氧化完全,无二次污染。但该法真正应用于废水工业化处理则取决于具有高析氧电位的廉价高效催化电极。同时电极与电解槽的结构对降低能耗也起重要的作用。贾金平等研究了活性炭纤维电极与铁的复合电极降解多种模拟印染废水,有较好的效果。
5结语
染料生产工艺复杂,废水量大且难以处理,污染治理的费用很高。硫化碱还原时排出的含硫废水除使用昂贵的湿式氧化法处理外,其他方法难以达到排放标准。近年来采用加氢还原法,彻底消除了硫化物的污染。汞催化磺化法生产氨基蒽醌改为硝化还原法,彻底消除汞污染。各种新技术的研究和应用大大提高了染料废水处理的效率,降低了处理成本。但治标更要治本,研究发展经济合理的清洁生产工艺与发展高效经济的废水治理工艺同等重要。从根本上降低排污,才是长久之计。
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5. 国外印染废水处理情况及技术参考材料
一般情况下,印染废水水质
pH
值为
6-10,COD(化学需氧量)为
400-1000毫克/升,BOD(生物需氧量)为
100-400
毫克/升,SS(悬浮物)为
100-200毫克/升,色度为
100-400
倍。从技术角度看,印染废水是很复杂的一个大类废水。其特点之一是污染物成分差异性很大,很难归类求同。特点之二是主要污染指标
COD
高,BOD
和
COD的比值一般在
0.25
左右,可生化性较差。特点之三是色度高,混合水中显色分子离子微粒大小重量各异性大,较难脱色。印染各工序排出废水主要有八大类,其水质特点特性差异较大。此外还有水质水量波动大等特点。
传统的印染废水处理主要采取污水经格栅池、调节池后,能过泵提升、进入厌氧或水解酸化池,废水经厌氧或水解酸化后,进入曝气生化池,印染废水经曝气生化后,再经过竖流沉淀池竖沉后,最后进入混凝沉淀进行沉淀后排放。
6. 印染废水生物处理方法的变革
由于印染废水浓度的提高速度快,不少企业的废水处理设计工艺未达到要求,造成废水排放达标困难或达标不稳定,主要问题是现在的处理工艺远比五年前的工艺复杂。
国内企业对印染废水以好氧生物处理法占绝大多数。从调查情况看,目前我国印染废水生物处理法中以表面加速曝气和接触氧化法占多数。好氧生物处理对BOD去除效果明显,一般可达80%左右。但色度和COD去除率不高,在目前印染废水浓度条件下,单纯的好氧生物处理难度越来越大,出水难以达标。此外,好氧法的高运行费用及剩余污泥处理或处置问题历来是废水处理领域没有解决好的一个难题。
由于上述原因,印染废水的厌氧生物处理技术开始受到人们的重视。染料中的偶氮基因、三苯甲烷基因以及单氮基因聚合物,都能通过厌氧分解,通常在中温条件下(37℃),水力停留时间6小时,主要含甲基红染料的污水颜色能完全去除。
有研究资料表明,厌氧处理丝绸印染废水的COD去除率为74%~82%,脱色率分别为:黑色51%、紫红色94%、玫瑰红96%、茄紫30%、大红55%。用UASB矛口管道厌氧消化器直接处理高浓度染料废水的中长期运行结果表明,废水中的色度和COD去除率分别稳定在80%和90%以上。
为了探求高效、低耗、低投资的印染废水处理新技术,近年来在厌氧法与好氧法的结合方面进行了大量的试验研究,获得了很大的成功。从调查了解到,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,期望它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。这一流程的另一大特点是,好氧段所产生的剩余污泥全部回流到厌氧段,厌氧段有较长的固体停留时间,有利于污泥厌氧消化,从而显著降低了整个系统的剩余活性污泥量。
因此,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。该方法已逐步得到广泛认可和采用。
目前已有多家生产厂采用厌氧好氧生物炭流程,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。
7. 物化法处理印染废水的研究进展
我国是印染纺织第一大国,而印染行业又是工业废水排放大户,据不完全统计,全国印染废水每天排放量为3.0×106~4.0×106t。印染废水具有水量水质变化大、有机污染物含量高、色度深、pH波动大等特点,过去常采用成本较低的生化法处理即可满足较低的排放标准。
1处理印染废水的物理方法
常用的处理印染废水的物理方法主要包括吸附、混凝、膜处理等。通常地,吸附和膜处理技术作为生物处理的深度处理技术;而混凝技术视具体情况可以放在生物处理工段的前面,也可以放在后面。这些技术都可取得较好的效果。不过一般来说此类技术只是对废水中的污染物进行了相间转移,并没有从根本上消除污染,而且相应材料消耗较大,增加了处理成本,限制了大范围的推广应用。
1.1吸附法
当印染废水与多孔性物质混合或通过由其颗粒组成的滤床时,污染物就会进入多孔物质的孔隙内或者是黏附在表面而被除去。吸附法适用于低浓度印染废水,多用于深度处理。应用最多的吸附剂是活性炭,但单独采用活性炭吸附处理印染废水的成本很高。
近些年来研究的重点主要在于寻找开发新型廉价易得的吸附剂,并对其进行改性来提高吸附性能,其种类和主要性能如表1所示。
1.2混凝法
混凝工艺流程简单,操作管理方便。但由于染料品种繁多,单一混凝剂难以适应成分复杂的印染废水,因此开发新型高效无毒混凝剂,对现有药剂进行改性,争取做到一剂多用是目前该技术发展的趋势。
目前常用的絮凝剂包括无机絮凝剂、有机絮凝剂及生物絮凝剂。无机絮凝剂主要有铝盐、铁盐等低分子混凝剂以及聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁等高分子混凝剂。传统的铝盐混凝一直占主导地位,其絮体小、形态稳定,对大部分染料废水处理效果比较理想,但反应较慢,受温度影响较大且有毒性;铁
盐反应快、絮体大、易失稳沉淀,对疏水性染料脱色效率高,但对亲水性染料脱色不理想,投加量不当会使水体呈现黄色,COD去除率低。有人围绕着铁磁性物质展开研究,通过磁种混凝使非磁性污染物获得磁性,实现磁分离来缩短时间。D.Pak等〔1〕将炼钢过程中产生的废渣粉碎(其成分中含有磁性铁氧化物)来处理纺织废水,沉降速度较FeCl3或PAC大10倍,对色度、SS、TOC、COD、总氮和总磷的去除率都较高;贾宏艺等〔2〕利用磁性纳米Fe3O4颗粒的超顺磁特性,在外加磁场的作用下将磁颗粒、亚铁盐及有机物形成的混凝体迅速沉降下来,COD去除率较只投加亚铁盐时高15%。
有机高分子絮凝剂较无机絮凝剂絮凝速度快且稳定,用量少,受共存盐类、pH及温度影响小,产生的残渣也较少,因此应用前景更加广泛。主要品种有聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚胺等,由于合成高分子有毒性,因而天然无毒的高分子絮凝剂如壳聚糖日益受到重视。但壳聚糖只能溶解于弱酸性溶液,溶解度较小,在壳聚糖分子上引入基团对其进行改性,增强壳聚糖的螯合能力已经成为必然趋势。刘运学等〔3〕对比了羧甲基壳聚糖和壳聚糖对某毛巾厂印染废水的混凝处理效果,在相同工艺条件下前者得到的脱色率和COD去除率都优于后者。
近些年生物絮凝剂发展迅猛,其对水中胶体和悬浮物具有絮凝作用,且无二次污染,具有高效、无毒、絮凝对象广泛、脱色效果独特等优点,但是成本较高,技术上还存在一些问题。
1.3膜分离
膜分离技术由于无相变、设备简单、操作方便等优点,迅速发展日趋成熟并已形成工业化规模,但不适宜直接处理印染废水,否则极容易造成严重的膜污染且难以再生;膜分离技术多用于深度处理,降低和去除残存的有机物、色度并脱除无机盐分,分离前段工艺中形成的微生物、絮凝物或是投加的固体催化剂,与其他技术联用的效果极好,出水可以达到回用标准。丛利泽等〔4〕采用混凝沉淀法对COD高达2500mg/L,色度高达10000倍的印染废水进行预处理,后接膜生物反应器与纳滤膜分离系统组合工艺,处理后COD降到30mg/L,NH3-N降到8mg/L,色度为0,其中纳滤膜主要分离色素等生物难降解小分子物质。浙江某公司〔5〕采用超滤-反渗透联用处理印染废水,超滤可去除部分有机物及色度,更主要是去除可能污堵反渗透膜的胶体、细菌、病毒等杂质,延长了反渗透膜的清洗周期和寿命;反渗透可去除98%的盐分,完全去除硬度,同时对COD、色度也具有极高的去除作用,出水完全达到纯水标准。
2化学氧化方法
化学氧化能够使印染废水中的有机染料发生化学反应而被分解,常用的氧化剂包括O2、O3、ClO2、H2O2、新生态MnO2等。这些氧化剂都能与染料发生氧化还原反应,但由于成本高或效率低导致费用昂贵,于是人们纷纷添加催化剂来提高其氧化性能,通过产生氧化活性更高的˙OH来提高其氧化能力。印染废水中染料的颜色来源于染料分子的共扼体系—含不饱和基团—N=N—、C=C、—N=O、C=O、C=S—、—CH=N—等的发色体〔6〕。˙OH的标准氧化电位高达2.8eV,是除元素氟以外最强的氧化剂,能够有效打破共扼体系结构,使之变成无色的有机分子,无选择地将绝大多数有机物彻底氧化成CO2、H2O和其他无机物。
2.1光化学氧化法
光化学氧化印染废水不受盐离子种类、有机物浓度和pH波动的影响,无二次污染,操作条件温和。利用紫外光照射在TiO2的表面产生˙OH进而氧化有机污染物是当前实验室内最主要的方法,但对于色度较高的印染废水由于光透过性较差而使处理效果不够理想。
于是研究重点正在从利用紫外光的光催化氧化向利用可见光的光敏化氧化转变。因为染料本身就是一种光敏化剂,能够被可见光激发向TiO2转移电子,形成的导带电子被水中的氧捕获,进而形成˙O2-和˙OH,这样协助催化剂被间接激发,从而扩大了可利用光的波长范围,甚至可以直接利用太阳光,极大地降低了处理成本。在实验室内采取的措施有:改变光收集装置透镜聚焦〔7〕、复式抛物线集光器〔8〕、镀发光剂〔9〕、联合类Fenton技术〔8-10〕等,这些都得到了良好的处理效果。在突尼斯占地50m2的光敏化氧化工艺中试装置的运行结果表明,太阳光能够去除难降解有机物和色度〔11〕,甚至较实验室内有更高的效率(量子产率达15%),并提高了废水的可生化性,这在阳光充沛的地区具有极大的意义,只是太阳光的光效率过低,使得处理设施占地面积庞大。
2.2电化学氧化法
关于电化学氧化的研究主要集中在对电极的改进上,以提高电极材料的催化性能,提高电流效率降低能耗。温轶等〔12〕以碳纳米管电催化电极做阳极,不锈钢片为阴极分解处理含活性艳红X-3B的模拟印染废水,在酸性条件下当电流密度为20mA/cm2时可以有效电催化氧化有机染料。A.Sakalis等〔13〕以铌/硼掺杂金刚石为阳极来处理4种偶氮染料,与Pt/Ti相比,电耗更低,效率更高,脱色率高达90%。A.Koparal等〔14〕利用硼掺杂金刚石拉西环形阳极在双极滴流塔反应器中处理碱性红29,其分解率达99%,最优的条件下脱色率和COD去除率分别为97.2%和91%,而电流密度仅1mA/cm2。
实际印染废水往往含有大量无机盐类,导电性较强,无需额外投加电解质。研究表明,当废水中含有卤化物时电解效率会提高,其中NaCl影响最大,不仅能降低电耗,利于絮凝,还能在阳极形成ClO-继续氧化。A.Sakalis等〔15〕还发现Na2SO4也有相似效果可生成S2O32-,但效果没有NaCl明显。
另外通过电解产生的O2或是外界提供的O2还可以在阴极上还原产生H2O2,类似与Fenton试剂联用。JunshuiChen等〔16〕将Fe2+换成Co2+,获得了更强的催化能力,对溴邻苯三酚红的分解更加迅速。
电化学方法处理印染废水快速高效,优点众多,但由于价格昂贵,实际应用并不多,目前着重在对微观机理、中间产物及其毒性的研究。
2.3湿式氧化法
湿式氧化法(WAO)是在高温高压条件下,利用溶解的氧气将废水中有机物氧化的方法。该工艺操作条件苛刻,对反应器要求严格,且停留时间较长。旨在降低反应温度和压力的湿式催化氧化技术(CWAO)近年来受到广泛的重视和研究。
如何使反应条件变得更加温和是湿式催化氧化工艺的关键。有人投加H2O2、O3等氧化性物质来降低操作条件,也有人制备高效催化剂尝试在常压较低温度下处理染料溶液。Sung-ChulKim等〔17〕以10gAl-Cu柱状黏土催化H2O2处理1000mg/L的活性蓝19溶液,常压、80℃下,20min内可完全将其去除,还抑制了Cu的溶出。YanLiu等〔18〕在常温常压下向500mg/L的甲基橙模拟染料废水通入空气2.5h,采用Fe2O3-CeO2-TiO2/γ-Al2O3作为催化剂,脱色率、COD去除率和TOC去除率分别可达98.09%、97.50%和97.08%;HongzhuMa等〔19〕在常压、35℃、pH=5的条件下,用CuO-MoO3-P2O5催化氧气处理300mg/L的甲基橙溶液,脱色率仅有55%,而在相同条件下亚甲基蓝10min的脱色率就可达99.26%。
2.4Fenton法
Fenton试剂是由H2O2与Fe2+混合组成的氧化体系,H2O2在酸性条件下(一般pH<3.5)被Fe2+或Fe3+催化分解产生高活性的˙OH和˙O2H,同时Fe离子还具有絮凝作用。W.Bae等〔20〕采用Fenton法处理印染纺织废水时发现Fe离子絮凝的效果远大于自由基的氧化作用。此技术去除效率高,易操作,但是酸性的反应环境会造成设备腐蚀,因此在排放前须进行中和处理,且出水中Fe2+排放浓度高。李绍锋等〔21〕采用Fenton试剂对9种活性染料所配水样进行处理,pH在3~5之间,Fenton试剂对9种染料的降解效果均较好,色度去除率达90%以上,COD去除率在40%~80%之间。反应后的UV-VIS吸收光谱区已无N=N双键及芳香结构的特征
吸收,说明染料分子中此部分结构已被Fenton试剂彻底破坏。单独采用Fenton试剂氧化印染废水中的有机物时H2O2的消耗量过大,处理成本高,一般需与其他技术联用。近年来有人在Fenton工艺里引入紫外〔20〕、草酸盐等或是固定催化剂〔22-24〕,可进一步增强其氧化能力、扩大适用的pH范围和抑制Fe的溶出。JiyunFeng等〔25〕把Fe涂在斑脱土上作为光Fenton催化剂氧化偶氮染料OrangeⅡ,脱色率100%,TOC去除率达50%~60%。A.Durán等〔8〕对比了光Fenton技术在投加草酸盐与否时处理活性蓝4溶液的效果,发现前者有助于创造低pH氛围,提高了反应速率,且COD、TOC的去除率都优于后者。
2.5微波诱导催化氧化法
微波是指波长为1mm~1m、频率为300~300000MHz的一种电磁波。在液体中微波能使极性分子高速旋转,产生热效应;许多磁性物质如过渡金属及其化合物、活性炭等对微波有很强的吸收能力,常作为诱导化学反应的催化剂,当受微波辐射时不均匀的表面会产生许多“热点”,其能量比其他部位高得多,诱导产生高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光解和非平衡态等离子体等多种反应,可以产生高温并形成活性氧化物质,从而使有机物直接分解或将大分子有机物转变成小分子有机物。
张国宇等〔26〕以颗粒活性炭为催化剂微波诱导氧化雅格素红BF-3B150%染料废水,较单独使用微波氧化和活性炭吸附两者时都具有明显的优越性,最优条件下色度和COD去除率分别为99.6%、96.8%。微波辐射能有效解吸活性炭表面的有机物,使活性炭再生并有利于有机物的消解和回收再利用。但是活性炭的机械强度较差,微波、高温及水力扰动都会使其结构受到破坏甚至破碎,从而影响了其催化活性和寿命。近些年来所使用的催化剂逐渐转到金属及其化合物,例如张惠灵等〔27〕用CuO/γ-Al2O3替换活性炭,效果明显,当掺杂CeO2后脱色率又提高30%,还延长了催化剂的使用寿命;洪光等〔28〕以改性氧化铝诱导微波氧化处理雅格素蓝BF-BR染料,催化活性和使用寿命均优于颗粒活性炭。
2.6超声催化氧化法
超声处理效果不受溶液色度影响,并可能实现完全褪色和100%矿化。超声空化能在液体中产生局部高温高压、高剪切力,诱使水分子及染料分子裂解产生˙OH自由基,另外溶解在溶液中的N2和O2也可以发生自由基裂解反应产生˙N和˙O自由基,进一步引发各种反应,使水中有机物矿化成无机物或转换成易生物降解的小分子化合物,还有可能促进絮凝。由于超声波产生的自由基浓度有限,能量转化率低,效果并不理想〔29〕,目前多使用催化剂〔30〕或者与其他氧化技术联用来提高效率。A.Maezawa等〔31〕发现超声提高了光催化分解酸性橙52的效率和TOC的去除率,并且不受Cl-的影响,可能是超声波增加了催化剂的表面积,提高了传质速度,同时在催化剂表面生成的H2O2有利于产生˙OH。Ki-TaekByun等〔32〕在多泡声致发光条件下30min内去除亚甲基蓝,较普通TiO2催化UV快得多,但同时证实了微气泡在崩溃瞬间发出的光对染料的氧化几乎不起作用。JianhuiSun等〔33〕研究表明超声可以显著增加低Fe2+浓度的Fenton试剂氧化酸性黑1的能力,最适条件下30min去除率达到98.83%,避免了普通Fenton含铁污泥的问题。G.Tezcanli-Güyer等〔34〕发现超声对O3和UV有催化作用,可以提高O3的传质,同时在催化剂表面生成的H2O2有利于产生˙OH,当3种方法协同作用时,酸性红7的分解速率大大提高。
符德学等〔35〕采用超声协同钛铁双阳极电解体系氧化含有碱性湖蓝5B的印染度水,集超声空化、阳极催化氧化、电生自由基氧化和电絮凝等技术于一体,COD去除率达到90.2%,脱色率达到98.3%。
3结束语
上述方法用来处理印染废水各有优劣,物理法总体上处理成本较高,其中的吸附法和膜分离技术适合于作为深度处理技术;化学氧化处理效率高、二次污染较少,越来越受到青睐,但直接用于生产则费用昂贵,这限制了这些高效技术的实际应用。比较有效的处理工艺是将化学氧化技术与生化技术结合,充分发挥各自的优势,通过物化处理减少印染废水的生物毒性,提高可生化性,再采用处理成本较低的生化法进一步处理。吸附法和膜分离技术作为出水要求严格的工艺或回用水技术较为合适。
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8. 纺织印染废水的处理办法
1.传统治理——生化技术
目前,国内的印染废水处理以生化技术为主,即利用微生物的作用,使污水中有机物降解、被吸附而去除的一种处理方法。主要分为厌氧和好氧。厌氧主要包括:水解酸化、UASB等;好氧主要包括:生物膜法、活性污泥法等。
2.传统技术存在的主要问题
2.1污染物质去除率低
传统工艺处理纺织印染废水CODcr及BOD去除率仅能达到50%左右,甚至更低,无法满足愈发严格的环境质量标准要求;
2.2色度去除效果不理想
色度的去除一直是印染废水处理的一大难题,传统的生化技术已越来越难以满足生产和环保的要求;
2.3处理工艺流程长
由于对构筑物和设备的要求高,前期投入较大,且处理时间长,不适合资金流有限的中小企业以及企业环境应急处理的要求。
3.新技术——“科创水医生”
针对印染废水在COD、BOD及色度难处理的问题,科创水医生采用“PCBR生物反应器+科创高效复合净水剂”的方法,实现了生化处理工艺和物化处理工艺的完美结合,能够高效、快速去除废水中的复杂污染物质。
4.科创水医生优势
4.1高效去除污染物质
由于PCBR能够同时提供好氧、兼氧、厌氧的微生物生长环境,对传统生化法进行强化,加上科创高效复合净水剂兼具无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂的优点,具有高效的絮凝效果,两者的结合对高浓度COD、BOD废水具有很强的去除作用;
4.2色度去除效果明显
科创复合净水剂的长链特性有利于胶体颗粒架桥吸附从而实现颗粒的凝聚,大大提高了净水能力,除浊脱色效果良好;PCBR则具有离子交换速度快,也能够达到很好的吸附脱色效果,有效去除污水中的色度;
4.3处理工艺流程简化
科创水医生——纺织印染废水解决方案将强化物化法和强化生化法相结合,利用科创高效复合净水剂的高效混凝效果、强化了污水中胶体有机物的沉降;利用污水的可生化性以及PCBR的独特多孔结构,将传统的好氧池、兼氧池和厌氧池结合在一起,污水处理的工程装置大大简化,基建投资和工程建设时间大幅度减少。