印染废水现有处理工艺比较研究

2022-09-11

目前,国内外对印染废水处理手段都是以生化法为主,也有将化学法与之相串联的。近年来由于化学纤维织物的发展,仿真丝的兴起和印染后整理技术的进步,使PVA浆料、人造丝碱解物(主要是邻苯二甲酸类物质)、新型助剂等难生化降解有机物大量进入印染废水,其COD浓度也由原来的数百mg/L上升到2000~3000mg/L,从而使原有的生物处理系统COD去除率从70%下降到50%左右,甚至更低。传统的生物处理工艺已受到严重挑战,因此开发经济有效的印染废水处理技术日益成为当今环保行业关注的课题。

1 物理处理工艺

1.1 吸附技术

吸附法主要是将活性炭、粘土等多孔物质的粉末或颗粒与废水混合,或让废水通过由其颗粒状物组成的滤床,使废水中的污染物质被吸附在多孔物质表面上或被过滤除去。常用的吸附剂有活性炭、离子交换纤维、膨润土、硅藻土、煤渣、粉煤灰、木屑、铁屑等。目前应用较广泛的是活性炭吸附法(多用于三级处理),该法对去除水中溶解性有机物非常有效,但它不能去除水中的胶体和疏水性染料,并且只对阳离子染料、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性能,活性炭至今仍是印染废水脱色的最好吸附剂。现有的研究发现采用活性炭对染色废水进行脱色处理,色度去除率达60.12%,COD平均去除率为56.16%。两级联合作用,色度总去除率达92.17%,COD去除率达91.15%,出水色度3.7倍,COD30.6mg/L,达到了纺织工业部洗涤用水标准,可回用于生产中洗呢和煮呢工序。

1.2 混凝技术

絮凝法是向废水中添加一定的化学物质,通过物理或化学的作用,使原先溶于废水中或呈细微状态,不易沉降、过滤的污染物,集结成较大颗粒以便分离的方法。化学混凝法主要有混凝沉淀法和混凝气浮法,常用的混凝剂分有机混凝剂和无机混凝剂两大类。无机混凝剂以铝盐、铁盐或镁盐为主。有机高分子混凝剂溶于水后分散为巨大数量线性分子,对染料分子尤其是水溶性染料分子具有较强的吸附架桥能力,表现出比无机混凝剂更好的脱色能力[2]。混凝法具有工程投资少、处理量大、对疏水性染料脱色效率高等优点;其缺点是需随水质变化而改变投料条件,对亲水性染料的脱色效率低,大量的泥渣脱水困难。汪学英[3]等采用一种新型有机高分子脱色絮凝剂KD-800与聚丙烯酰胺联合使用,对以活性染料为主要成分的印染废水进行混凝脱色试验,结果表明,当K型KN型活性染料废水的p H值为6.0~1 1.0,K D-8 0 0用量为1.2m L/L时,对活性染料废水的脱色率均可达到95%以上。

2 化学处理工艺

2.1 化学氧化技术

化学氧化法是印染废水脱色的主要方法之一,一般用于其他方法难以处理而又急于脱色的高浓度、高色度的印染废水。该方法脱色的原理是利用各种氧化手段将染料发色基团破坏而脱色。按照氧化剂和氧化条件的不同,可将化学氧化法分为:臭氧氧化法和Fe nto n氧化法。

臭氧氧化技术。臭氧的氧化能力很强,在脱色、杀菌、脱臭等方面有显著的效果,因此,目前国内外都很重视采用臭氧氧化法进行印染废水脱色。该法具有不产生污泥和二次污染、臭氧发生器简单紧凑、占地少、容易实现自动化控制等优点;但也存在臭氧发生的设备费用高,废水处理成本高,不适合大流量废水处理等缺点。用臭氧氧化法处理p H值为11.3,COD为1376mg/L的印染废水,结果表明,臭氧对印染废水有良好的脱色和降解COD的效果,对含有GBC枣红基染料的印染废水的脱色率达94%,COD的去除率为72%,出水的p H趋于中性。

Fenton氧化技术。Fenton法作为一种高级氧化技术,因其能够产生氧化性极强的·OH,可以使染料分子断键而脱色,且由于Fe2+兼有混凝作用,因此Fenton氧化法对废水中染料的去除是非常有效的。该方法的缺点是Fe2+会促使H2O2分解,H2O2的氧化效率不高,而且反应需在p H为3的条件下进行,因此用该法处理印染废水还需耗费大量的酸,造成新的污染源,还会造成设备腐蚀。采用铁屑-H2O2氧化处理印染废水的研究表明,在p H为1~2、反应时间1.5~2h的条件下,可使含硝基酚类、蒽醌类的印染废水脱色率达99%以上,水质无色澄清,COD也可除去90%左右。

2.2 电化学技术

电化学法是处理印染废水的一种有效的方法。电化学法中关于可溶性电极在印染废水中的研究表明,在阳极和阴极上发生电絮凝、电气浮和氢的间接还原作用能达到处理废水的目的。影响电化学法处理印染废水的因素有进水p H值、停留时间、铁碳比、运行时间、滤柱高度、活化时间等。电化学法处理印染废水具有设备小、占地少、运行管理简单、COD去除率高和脱色好等优点,但同时电化学法存在着能耗大、成本高和析氧析氢副反应等缺点。近年来,随着电化学和电力工业的发展以及许多新型高析氧析氢过电位电极的发明,电化学法又重新引起人们的重视。采用三维电极电化学方法对某印染厂废水进行处理,废水的COD、色度分别为697.58mg/L,1 4 0 0倍。在电解电流I=0.6 A,电极间距d=50mm,粒径D=5mm,填充800g粒子电极,处理时间为10min后,COD去除率达89.03%,色度去除率达99.43%,印染废水经处理后能达到国家污水综合排放标准级要求。

2.3 光催化氧化技术

光催化氧化法是70年代发展起来的水处理方法,它是利用光催化氧化剂或半导体材料(T i O2、Zn O、Fe2O3等)产生·OH或电子空穴,然后吸附水分子或氧化氢离子,形成吸附态的·OH,而·OH几乎无选择地将有机物最终氧化为CO2和H2O。常用的半导体催化剂有Ti O2,Zn O,Fe2O3,Sn O2,WO3等。印染废水的光降解率与p H值的高低、光的强弱有关。该技术具有低能耗、易操作、无二次污染、可完全矿化有机物等突出的优点,但也存在着反应时间长、费用高、催化剂效率低且不易回收、UV灯的寿命较短和效率较低的缺点。涂代惠[9]等采用自制的Ti O2膜和平板式固定床型光催化氧化反应装置对邯郸市某印染厂经过混凝、表面曝气处理后的废水进行光催化氧化降解试验,废水中主要污染物COD为526mg/L,色度为105倍,SS为32.8mg/L,在废水的p H值为6.0、H2O2加入量为3.5m L和循环流量为228L/h条件下,对COD的去除率可达68.4%,色度的去除率为89.1%,对阴离子表面活性剂的去除效率为87.45%,出水达到了国家规定的废水排放标准。目前光催化处理染料废水在工业化应用中仍受到一定的制约。主要问题是染料体系的复杂性和测试方法的局限性;其次,是由于催化剂悬浮于水体中,加大了清理难度,增加对环境的二次污染。因此对其工业化大规模应用仍需进行深入地研究。

3 生物处理工艺

3.1 传统生物处理技术

目前,国内外印染废水处理技术中应用最广泛,技术上占优势的方法首推生物处理法。由于印染废水中有机物含量高,毒性较小,故可依靠微生物的新陈代谢作用来氧化分解污染物质,以达到净化水质的目的。生物处理法具有有机污染物去除率高、污泥量少、工艺成熟、运行费用低等优点。常用的生物处理法主要有活性污泥法和生物膜法。但上述方法COD和色度的去除率不高,处理系统出水不能达到规定的排放标准等问题,因而更多的是将活性污泥法和生物膜法合理组合一起使用。采用好氧活性污泥-好氧接触氧化法,改造了成都某印染厂原有的厌氧-好氧处理工艺,通过对比表明,双好氧工艺的处理效果更好。进水COD平均浓度为567mg/L,平均色度为416倍,出水COD和色度平均去除率为84.1%和85.2%;同时,还增加混凝气浮装置,能保证在低温季节出水达标。该工艺处理成本仅为0.79元/m3,污泥产量小,管理方便。

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。此时与好氧法结合的厌氧处理已不是传统的厌氧消化,它的水力停留时间(HRT)一般为3~5h,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;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。Delia[11]等采用UASB-好氧CSTR(连续搅拌反应器系统)研究了处理含有直接黑38浓度为3200mg/L的废水。在UASB中HRT为15h,COD和染料负荷分别为5.3 7 k g/(m3·d)和2 1 3 g/(m3·h),C O D去除率为48.4%,色度去除率为80%;在好氧段,H R T为2.3 d,C O D最大有机负荷0.7 7 k g/(m3·d)时,CO D去除率为67%;整个系统对COD和色度去除率分别为84%和86%,厌氧产生的总芳香胺经好氧处理后去除率为52.2%。

3.2 生物强化处理技术

生物强化技术指在传统的生物处理系统中投加具有特定功能的微生物,增强它对特定污染物的降解能力,从而改善整个污水处理系统的处理效果。目前实施生物强化技术主要可通过如下2条途径:其一是投加特效降解的微生物,其二是投加遗传工程菌。其中生物强化技术应用最为普遍的方式是直接投加对目标污染物具有特效降解能力的微生物,这种特效微生物经过筛选、培育、驯化之后,投入到该废水中,以目标微生物为唯一碳源和能源,从而达到提高污染物处理效率的目的。生物强化技术投加的微生物可以来源于原有处理系统,也可以是原来不存在的外源微生物或遗传工程菌。有关专家分析了印染废水生物工艺中的活性污泥,并利用从其中分离出的几种菌处理纺织印染废水,取得了较理想的效果。对16种偶氮染料、蒽醌染料脱色处理,在厌氧条件下的脱色率可达80%以上,对生产废水脱色率也在80%以上。

3.3 固定化微生物技术

固定化微生物技术是将微生物通过一定的技术手段(如利用载体材料、包埋物质或合理控制水力条件等)使微生物固着生长,有利于提高生物反应器内微生物的数量,利于反应后的固、液分离及高浓度有机物或难以生物降解物质的去除,提高系统的处理能力和适应性。固定化微生物技术能够使对应于污水成分(难分解物质、富营养化物质等)的特定微生物在反应器内保持高浓度,从而在对难分解物质进行处理时,可以节约场地,使设施小型化。有关专家在印染废水处理活性污泥中分离了3株高效脱色菌,之后用明胶包埋的固定化细胞厌氧移动床和好氧生物接触氧化的组合工艺,处理人工配制的偶氮染料废水。在1 5℃~1 8℃,原水C O D为1 5 0 0 m g/L~1580mg/L,色度400倍,厌氧段水力停留时间为8h,稳定运行时色度及COD的去除率分别达到96.9%和93.1%。

印染废水水量大,色度高,水质变化大p H变化大,有机污染物含量高,组分复杂,而且印染行业中,PVA浆料和新型助剂的使用使难生化降解的有机污染物在废水中含量大量增加,BOD5/COD值大幅降低。单一处理工艺均很难达到要求,需对不同处理工艺进行优化组合。因此,系统开发不同工艺的有效组合,研究高效、经济、节能的印染废水处理反应器将是印染废水处理工艺研究的主要内容和发展方向。

摘要：印染废水成分复杂、污染物浓度高,是难处理的工业废水之一。本文介绍了印染废水的组成及特征,重点对印染废水的处理方法进行了分析比较,并评述了各种处理方法的特点、优缺点及研究进展,提出开发不同处理方法的有效组合和研究高效、经济、节能的印染废水处理反应器将是印染废水处理工艺研究发展方向。

关键词：印染废水,物理处理,化学处理,生物处理