印染废水特点及其处理技术

梁 佳,曹明明

(西北大学 城市与资源学院,陕西西安 710127)

0 引言

作为我国具有优势的传统支柱行业之一,纺织印染工业自 20世纪 90年代以来获得了迅猛发展,其需水量和排水量也大幅度增长。据统计,中国具有一定生产规模的、有统计资料的印染织物总量 2003年为 290亿 m,全国每年产生印染废水约为 16亿 t,为我国整个工业废水排放第六位。随着加工工艺的发展和新型染料、助剂的不断开发应用,印染废水的处理难度也在增加而且,随着水费的不断上涨和排放标准的日趋严格,印染行业的用水和排水问题日益突出,印染废水的处理日益困难[1]。本文在分析印染废水特点的基础上,总结了目前关于印染废水的处理技术。

1 印染废水的来源、特点与治理存在的问题

1.1 印染废水的来源及特征

随着国民经济的快速发展,我国的印染业尤其是民营印染企业发展十分迅速,在纺织废水的排放过程中,印染废水的排放尤为突出,经多次实地了解分析,印染加工工艺各工序排出废水的水质组成见表 1[2]。

1.2 印染废水的特点

印染废水水质中的污染物大部分为有机物,并随采用的纤维种类和加工工艺的不同而异。一般情况下,印染废水水质 pH值为 6～10,COD为 400～1 000 mg/L,BOD 5为 100～400mg/L,SS为 100～200 mg/L,色度为 100～400倍。从处理技术角度看,印染废水不是一种废水,而是很复杂的一大类废水。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 5/COD比值一般在 0.25左右,可生化性较差。特点之三是色度高,混合水中色母分子离子微粒大小重量各异性大,较难脱色。

表1 典型印染工艺各工序产生的废水及组分

印染废水具有以下特性[3]：

(1)水量大。纺织印染行业是纺织工业中用水量较大的行业。据 1999年统计,全国国有纺织企业和销售额 500万元以上的非国有纺织企业用水 60.6亿 m3,其中新鲜用水量(取水量)为 34.1亿 m3。在新鲜用水中,各类纺织印染行业为 18亿 m3。其余均为纺纱、制造过程中空调用水。

(2)可生化性差。印染工艺过程中排放的废水所含的有机污染物,主要以人工合成有机物为主,由剩余染料(染料的上染率一般为 80%～90%,因此染色加工过程中的 10%～20%染料排入废水中)和大量助剂(匀染剂、渗透剂、柔软剂、油剂等)产生。有些染料、染料母体及染料降解产物在自然界中是致癌和致突变的,废水毒性较大。其共同的特点是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,以利于进行生化处理。

(3)碱性大。印染废水中的碱减量废水,其 COD值有的可达 10万 mg/L作用,pH值＞12。因此必须进行预处理,把碱回收,并投加酸降低 pH值,经预处理达到一定要求后,再进入调节它,与其它的印染废水一起进行处理。

(4)色度高。染料随纺织废水排放到环境,甚至在低浓度(＜lmg/L)下,依然可见度很高,有的色度可高达 4 000倍以上。减弱了水体的透光性,阻碍溶解氧渗透到自然水体,影响水生生物的生长。所以印染废水处理的重要任务之一就是进行脱色处理。

1.3 印染废水治理中存在的问题

目前我国纺织废水治理存在主体之间内外两个方面的双重矛盾和问题。对纺织企业而言,企业急需克服和解决本身存在的各种问题,包括改进现有技术装备,调整生产技术工艺,强化科学有效的管理,提高末端污染处理技术水平,加强培训和人才培养,加快实现清洁化生产等困难和问题;对政府管理机构而言,由于现行经济体制和管理机制尚在不断改革完善之中,客观上又存在政策法规研究得不够,管理监督力度不足,宣传引导服务不够等方面的一些矛盾和问题。

2 印染废水处理技术

印染废水既含有剩余染料,又含有相当量的助剂及纤维上被去除的各种天然有机污染物和人工合成的有机污染物。因此,印染废水总体上属于含有一定色度、一定量难生物降解物质的有机性废水。针对不同类型的印染废水,在实际中常用的处理方法有：物理法、化学法及生物处理技术。

2.1 物理法

废水处理常用的物理法有过滤法、气浮法、沉淀法以及磁分离法等方法。

过滤法和沉淀法可以去除污水中的颗粒悬浮物,常作为废水治理的预处理。

气浮法是常用的工业净水方法。Jang-Yeun Hong采用吸附性气泡气浮技术成功地从染料化工厂废水中分离了直接蓝染料[4]。

磁分离法是近年来发展的一种水处理新技术。该方法利用高的磁场梯度来分离水中一些污染物质的方法,其原理是利用高梯度磁分离装置,不仅能轻易地分离铁磁性和顺磁性的物质,而且在投加磁种和混凝剂使磁种和污染物形成磁性混凝体后,还能有效地分离反磁性的物质。目前,国外高梯度磁分离技术已从实验室走向应用。

2.2 化学法

2.2.1 化学混凝法

化学混凝法是含染料废水处理的常用方法。但该方法对许多可溶性好的染料,以及对水体中其它可溶性 N、P化合物去除率差。近年来染料工业和印染工业的发展使染料的生产和染色工艺更复杂,生产方法繁多,染料分子更复杂,混凝法脱色难度增高,需要开发高效混凝剂。

2.2.2 氧化法

氧化法主要有：湿式空气氧化法(WAO)、超临界水氧化法(SCWO)和化学氧化法 [5]。

湿式空气氧化法是日本在 80年代中期研究开发成功的一种高浓度工业废水的高级处理方法,是在 170℃～350℃之间,压力保持 2067-20670 kPa范围,通入空气,使溶解或悬浮于废水中的有机化合物和无机还原物质,在液相中被氧化成二氧化碳和水的方法。

超临界水氧化法是一种能完全彻底破坏有机物结构的深度氧化法。它主要用超临界水(T=3740C,P=22.1M pa)作为介质,通过氧化剂 03,02,03+H 202、O 2+H 202来氧化分解有机物的新型技术。

化学氧化法能有效地去除含染料废水的色度,但不能很好地去除废水中的 COD。对此,有人提出了不完全氧化的方法,即只部分氧化,使有机物通过自由基祸合,降低水溶性而絮凝去除。

2.2.3 电化学方法

电化学法治理染料废水有内电解法、电凝聚电气浮法、电催化氧化法等

内电解法应用最广泛的为铁屑炭法,汪群慧等采用铁屑、碳粒等复合极性粒子电极对印染废水等进行处理,取得了明显的效果。该方法由于节能和以废治废的优越性,而日益受到重视。

电凝聚电气浮法应用较广,与化学凝聚法相比,其材料损耗少一半左右,污泥量也较少,且无需笨重的加药设施。其缺点是电能损耗和材料消耗过大,因此通过改进电源技术,研究新型电极材料及结构进一步降低电能耗和材料消耗,这种方法将得到更广泛应用。

电催化氧化法是通过阳极反应直接降解有机物,或通过阳极反应产生的轻基自由基、臭氧一类的氧化剂降解有机物,使有机物降解更彻底,不易产生有毒中间产物。该技术要求具有较高的析氧超电压,因此该技术走向实用化的关键是研究出具有高效催化性能的电极材料,提高电流效率,减弱电极极化以降低能耗[6]。

2.3 生物处理技术

常用的生物处理法有好氧处理、厌氧处理和厌氧一好氧处理三种,其中好氧法是用得最多的方法,厌氧一好氧法是近几年来针对染料废水特点新开发的一种方法[7]。

2.3.1 好氧处理工艺

普通活性污泥法处理印染废水的 COD去除率仅 60%～70%,色度去除率 60%左右。造成这种低效率的主要原因是印染废水中生物难降解有机物如染料等比例的提高。BOD5/COD比值下降,即废水的可生化性变差。针对废水这一特点,专家们就好氧处理工艺提出了一些改进措施,如向活性污泥中投加铁、采用固定化技术、优选高效菌种以及对废水进行有效的预处理或后续处理等。

染料废水的生化处理过程中,由于色度是由一些生物难降解物引起的,故脱色是其中最关键、最困难的环节之一,而普通活性污泥法难以使废水色度达到排放标准。韩树琴等将固定化细胞技术应用于着色废水的处理,由于它具有细胞密度高、反应速度快、不流失、耐冲击负荷以及反应过程易控制等优点,在废水脱色领域潜力很大。将细胞固定化技术于遗传工程相结合,优选高效菌种进行固定,可以提高脱色菌浓度。单纯的生化法对 BOD去除能力较强,但去除 COD和色度的能力有限。

为了强化系统的去除 COD和脱色能力,一般先对着色废水进行预处理,包括混凝气浮、铁屑过滤、臭氧氧化等,也可对生化出水进行后续处理,如祝玉柯等利用藻类转盘对印染废水生化处理后的出水进行三级处理,进一步降低出水中可溶性盐类和植物营养物质浓度,提高出水水质。

2.3.2 厌氧处理工艺

从染料的细菌降解机理看,偶氮染料先进行还原裂解,其产物是芳香胺类化合物,这种有机物是致癌物质,毒性大,且在厌氧条件下不能被继续降解,即单纯的厌氧处理难以实现染料的无机化,所以国内外对单纯的厌氧处理工艺研究得较少。

张志杰利用厌氧生物塘对偶氮染料合成废水进行处理研究,其去除率达 73%～98%。J.S.Knapp等在实验室用厌氧活性污泥法处理实际偶氮染料废水,脱色率不低于 77%。

2.3.3 厌氧一好氧处理工艺

对厌氧消化而言,印染废水的有机物浓度是比较低的,而且传统的厌氧消化所需的水力停留时间很长,不宜用于废水处理。为寻求高效、低耗、省投资的着色废水处理新技术,专家们开发了厌氧一好氧处理工艺。

厌氧一好氧系统中的厌氧反应器不同于传统的厌氧消化池,它的水力停留时间仅 4～12 h,只发生水解、酸化作用。难降解的染料在厌氧反应器中在脱色菌的催化作用下水解、酸化,分解成小分子有机物,在后续的好氧反应器中进一步被好氧菌利用,分解成无机小分子物质,如 CO2,H2O,NH3等,或被微生物用来合成原生质,最终实现了染料的降解。

厌氧反应器在去除废水色度的同时,还能降低废水的COD浓度,并维持一定比例的出水 BOD5/COD比值,这对后续的好氧处理和提高 COD去除率极为有利。在这种厌氧一好氧系统中,好氧污泥回流至厌氧反应器进行自身消化,因而污泥发生量少,节省了运行费用。另外,周期性地厌氧、好氧,对那些在有氧条件下生长繁殖快的脱色菌有利,能维持其一定的浓度,保证系统的脱色效率。

目前,生化法具有运行成本低的优点,在染料废水处理中应用较广泛。近年来人们还对深层曝气、纯氧曝气、生物氧化沟、UASB,UAF等生化处理方式进行了深入的研究,并用于工程中[8]。

3 结论

印染废水排量大,有机物含量和色度高,组分复杂,水质变化范围大。在对印染废水进行最终处理时,有机物的去除一般以生物法为主;对难以生物降解的印染废水,采用厌氧(水解)好氧联合处理较为合适;对易于生物降解的印染废水,可采用生物处理。色度的去除,一般以物理化学方法为主,对于规模大、处理技术水平高的工厂,则可采用电解、化学絮凝、臭氧氧化等工艺,对于小规模的工厂,可采用炉渣过滤。为促进印染行业的可持续发展,预防和治理印染废水是相辅相成的两个方面。既采用预防措施,又采用各种方法积极治理,并做到处理后的水循环使用,不仅能降低水的消耗,而且能有效地减轻印染废水对环境的污染。

[1]赵斌,王超.印染废水处理技术简介[J].印染,2005,16(4)：23～25.

[2]陈碧,王雪燕.几种吸附剂在印染废水脱色中的应用[J].纺织科技进展,2007,4：56～57.

[3]朱启忠,赵亮云,赵宏,韩晓弟.壳聚糖处理印染废水的研究[J].四川环境,2006,25(1)：17～19.

[4]鲁秀国,刘艳,刘雪梅.改性聚氯化铝铁的制备及其处理印染废水研究[J].华东交通大学大学学报,2008,25(1)：4～6.

[5]奚旦立,陈吉华,马春燕.印染废水存在现状及处理问题[J].中国国际水处理技术高级专家论坛,2005,202～204.

[6]马春燕,杨波.针织印染废水处理回用的中试实验[J].水处理技术,2008,19(2)：145～147.

[7]何珍宝.印染废水特点及处理技术[J].印染,2007,17：41～44.

[8]施银桃,夏冬升,李海燕.臭氧氧化法处理染料废水研究[J].化工环保,2004,24(4)：20～22.