（环境工程专业论文）棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究.pdf

0 羡趟 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 摘要 纺织印染工业排放的废水具有化学需氧量高、色度高、p h 值高、 难生物降解、多变化的特点。由于污染物排放的限制及水资源的紧缺， 印染废水处理后回用是必然趋势。国内近年虽然也有一些研究，例如 以印染废水作为锅炉湿法除尘冲灰水、绿化、冲洗地坪等，实际回用 率不大。真正能回用于生产工艺，才是最重要的，这不仅可以节约大 量水资源，又可以大幅度降低排污总量。 本文通过深入分析棉纺织印染生产工艺、所产生废水的水质特征 以及常用的处理方法后，选用水解酸化池一a b c 曝气池一生化沉淀 池一生物滤池亚滤”系统的组合工艺，作为处理与回用工艺。实验 结果验证了该工艺处理棉纺织印染废水的可行性和良好的处理效果： 工艺对c o d 和浊度的去除率分别达到7 5 9 8 1 6 和8 3 7 9 0 9 ，出 水色度达到1 6 2 4 倍，脱色率达到8 3 3 以上。同时，本文通过染色 实验，证明回用水有比较好的品质，将其用于染整生产工艺是可行的。 本文根据实验结果，进行了详细的工艺设计，工程投资估算与经 济分析。该工程的实施，总投资约2 3 ，0 3 0 ，l o o 元，将处理后的水回用 于染整生产工艺每年节约的水费约为7 , 0 0 8 ，0 0 0 元。最后，通过对几 种脱盐工艺的比较，初步确定了反渗透( r o ) 脱盐工艺是适合此项 雾孝天学 o c 蚴u ：x ：竹魁i t f 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 废水处理与回用工程的。此项废水处理与回用工程的实施有良好的经 济效益和环境效益，并为同行业废水处理与回用提供宝贵经验。 关键宇：棉纺织，印染废水，处理与回用，工程应用，脱盐 黝 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 t h ei 之e s e a r c ho fe n g 烈e e r i n ga p p l i c a t i o ni nt h e t r e a t m e n ta n dr e c y c l i n gt e c h n o l o g yo f c o t t o nt e x t i l ep r n 呵t n 呵ga n dd y e i n g 、m s t e 厂a t e r a b s t r u c t t h et e x t i l ep r i n t i n gw a s t e w a t e ri s d i f f i c u l t yt ob ed e g r a d e db y o r g a n i s m ，a n di th a sh i g hc o n c e n t r a t i o n so fc o d ，c h r o m a ，p h t h e p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e rr e c y c l i n gi sn e c e s s i t yt r e n db e c a u s et h a t t h ep o l l u t a n te m i s s i o ni sl i m i t e d ，a n dt h es h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c ei s g r o w i n gm o r es e r i o u s a l t h o u g hr e c y c l i n gh a sb e e ns t u d i e di nc h i n ai n r e c e n ty e a r s f o re x a m p l e ，i ti su s e da st h ea s he je c t i n gw a t e ro fw e td u s t e x t r a c t i o n ，o r l a n d s c a p i n g a n d w a s h i n g t e r r a c e b u tt h el e v e lo f w a s t e w a t e rr e u s ei sl o w e r i ti sm o s ti m p o r t a n tt h a tt h ew a s t e w a t e ri sb e r e u s e di nt h ep r o c e s so fp r o d u c t i o n t h i sw i l ls a v em o r ew a t e rr e s o u r c e s a n dr e d u c et h et o t a lw a s t e w a t e rd i s c h a r g e t h i sp a p e rs e l e c t s “h y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o n - a b ca e r a t i o nt a n k 雾毒天学 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 b i o c h e m i c a l s e t t i n gt a n k b i o f i l t e r 一y a l v s y s t e m a sr e c y c l i n g t e c h n o l o g y t h ee x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h et e c h n o l o g yi sf e a s i b l ea n d f r u i t f u lf o rt r e a t m e n to fc o t t o nt e x t i l ep r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r a n dt h ee x p e r i m e n ti n c l u d e st h a tt h er e m o v a lr a t eo fc o da n dt u r b i d i t y i s7 5 9 8 1 6 ，8 3 7 9 0 9 ，a n dt h ee f f l u e n tc h r o m aa l s oc o m e su p l 6 2 4 ， a n dt h ed e c o l o r e dr a t eh a sr e a c h e do v e r8 3 3 a st h es a m e t i m e ，t h r o u g h d y e i n ge x p e r i m e n t st h i sp a p e rh a sp r o v e dt h a tt h er e c y c l i n gw a t e rp o s s e s s g o o dc h a r a c t e r s a n dt h a ti sf e a s i b l et ou s ei t a sf o rt h ep r o d u c t i o n p r o c e s so fd y e i n ga n df i n i s h i n g a c c o r d i n gt o t h ee x p e r i m e n tr e s u l t s ，t h ep a p e ri n t r o d u c e sd e t a i l e d t e c h n o l o g i c a ld e s i g n ，i n v e s t m e n tb u d g e t c a l c u l a t i o na n de c o n o m i c a n a l y s i s a l lt h ei n v e s t m e n to ft h i sp r o j e c ti sr m b 2 3 0 3 10 0 ，a n dt h a tw i l l s a v er m b 7 0 0 8 0 0 0i fw eu s et h er e c y c l i n gt e c h n o l o g y f i n a l l y , t h r o u g h t h ec o m p a r i s o no fs e v e r a ld e s a l i n a t i o np r o c e s s ，t h i sp a p e rh a sd e t e r m i n e d i n i t i a l l yt h a tt h er od e s a l i n a t i o np r o c e s si ss u i t a b l ef o rt h i sp r o je c t t h e p r o c e s si m p r o v e m e n ta c h i e v e s f a v o r a b l e p r o f i t o fe n v i r o m e n ta n d e c o n o m y a st h es a m et i m e ，w eh a v em u c hv a l u a b l ee x p e r i e n c ew h i c hw e c a n a p p l yt o t h et r e a t m e n ta n dr e c y c l i n go fp r i n t i n ga n dd y e i n g w a s t e w a t e r k e yw o r d s ：c o t t o nt e x t i l e ，p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r , t r e a t m e n t a n d r e c y c l i n g ，e n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n ，d e s a l i n a t i o n 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密d 学位论文作者签名：怨么玺 日期：加s 年；月1 日 指导教师签名：襄里童 日期：加口子年弓月歹日 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中己明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：红家翌 日期：铘f 年；月 e t 露季天学 d 0 睁，点：啊i 昱3 t f 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 1 绪论 1 1引言 随着工业化进程的不断深入，全球性的环境污染r 益破坏着地球生物圈几亿 年来形成的生态平衡，资源和环境问题已成为当前人类面临的重要问题之一。其 中全球性的水污染问题已对人类的生存和社会经济的发展构成了严重威胁，因 此，防止水体恶化、保护水资源己成为人类共同追求的目标。 上世纪九十年代以来，我国经济高速发展，人民生活水平不断提高，但环境 污染问题并未得到有效控制，在有些地区反而呈现加重的趋势。据报道，我国每 年污水的排放量约为3 9 0 多亿吨，其中工业废水占5 1 ，并正以1 的速度逐年递 增。 我国是纺织第一大国，纺织品出口一直占出口总额的2 5 ，加入w t o 后， 至少在今后1 0 年内，每年仍会有较大幅度增长，但纺织行业发展中最大的“坎” 就是环保问题，即废水污染，而其中8 0 均来自印染行业( 约2 0 来自化纤、 其它很少) 。污染重、治理难、达标难为印染废水的主要特点。据统计，我国每 年产生的印染废水总量约1 6 亿吨，废水排放量百分比居第六位( 见表1 ) 。 表1我国各行业产值和废水排放比值 行业 工业总产值百分比废水排放量百分比 造纸 21 8 6 化工 7 61 7 8 冶金 7 41 2 2 电力 8 4 9 6 食品 1 0 19 2 纺织( 印染) 8 79 0 采掘 8 3 8 5 化纤 o 63 机械 2 0 o 2 熬蜃 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 1 2 棉纺织印染生产工艺 棉纺织大致分为两种，即纯棉织物和棉混纺织物。其中： 纯棉印染行业使用的染料品种和数龟众多，且由于棉花纤维是纤维素纤维， 其中含有的大量天然杂质会影响后续加工过程和产品的质量，因此必须采用化学 方法加以去除；棉纤维与染料的结合力主要依靠范德华力和氢键，其使用染料主 要为活性、还原、直接、硫化等类，这些染料相对价格较便宜，上染率却不太高， 尤其是硫化染料，上染率只有3 0 左右，其余均残留在水中，造成废水中污染物 浓度较高。 棉混纺织物中的化学纤维主要是涤纶纤维，这种纤维的染色主要采用适宜涤 纶纤维的分散染料，和上述适宜棉织物的染料相比，分散染料上染率较高，但染 料中填充剂较多，也给废水治理带来困难【l 】。 纯棉及棉混纺织物印染加工的一般工艺流程为： 匝丑一巨丑一匮丑一匝丑一回 图1 纯棉及棉混纺织物印染加工工掣2 1 1 2 1 烧毛 纤维在纺纱时，虽然经过纺织机械加捻合并，仍有很多松散的纤维露于纱线 的表面；同时在织布过程中，纱线之间又受到较大的摩擦，在织物表面就耸立着 一层长短不齐的绒毛。这层绒毛的存在不仅影响织物的光洁和美观，还会使织物 在各种印染加工过程后产生瑕疵。 织物烧毛是将织物平幅迅速地通过火焰或擦过赤热的金属表面，这时布面上 存在的绒毛很快升温而燃烧，而布身比较紧密，升温较慢，在未升到着火点时， 即已离开了火焰或赤热的金属表面，从而达到既烧去绒毛，又不使织物损伤的目 的【3 】o 织物烧毛是干态加工过程，无废水产生。 0 燃曼 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 1 2 2 退浆 棉布在织造过程中，经纱由于开口和投梭的影响受到较大的引力和摩擦，为 了降低经纱断头率，提高经纱的强力、耐磨性及光滑程度，保证织布的顺利进行， 一般经纱都需要上浆【4 1 。 经纱上浆方便了织造，但坯布上的浆料影响了织物的渗透性能，阻碍浆料和 化学药品与纤维的接触，多耗用染化药品，还会影响产品质量。因此，织物在烧 毛后，一般都要进行退浆处理。退浆是用化学药剂将织物上所带浆料水解成可溶 性物质然后除去【5 1 。 由于织物上浆料品种不同，因而需采用不同的退浆方法和工艺，所产生的废 水成分比较复杂，可生化性差。退浆废水的特点是水量少，水质污染严重。 1 2 3 煮练 棉纤维制品经退浆之后，虽然除掉了大部分的浆料和小部分天然杂质，但棉 纤维的共生物等天然杂质尚未除去。这些杂质不仅布面发黄而影响织物的外观， 而且使棉制品的吸湿性降低、织物润湿渗透性差而不利于后续加工。因此，棉制 品在经过退浆之后，大都还要进行煮练处理。煮练是用化学和物理化学的方法去 除棉纤维上的共生物、杂质、残存浆料以及精制提纯纤维素的过程【6 1 。 煮练工艺的主要用剂是热的碱性洗涤剂和表面活性等，故其废水p h 和有机 污染物浓度都很高，其特点是水量大，污染严重。 1 2 4 漂白 棉和经过煮练后，虽然去除了大部分的天然杂质，织物的吸水性得以提高， 但是色素仍然存在，这不仅影响织物的白度，而且也影响染色和印花织物的色泽 鲜艳度。因此，对绝大部分产品来说，煮练完成后，还要经过漂白加工。 漂白的主要目的是去除棉纤维中的天然色素，提高织物的白度；进一步去除 残留在织物上的少量杂质，提高棉织物的吸水性【7 1 。 漂白工艺常用的漂白剂有次氯酸钠、双氧水和亚氯酸钠等，故漂白废水常含 有残余漂白剂，由于漂白所需的药剂和去除的杂质较少，因而其排放的废水中污 染物的含量和色度均较低。 1 2 5 丝光 丝光处理是将织物在氢氧化钠浓碱液内浸透，目的是提高纤维的张力强度， 3 0 霎搿 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 增加纤维的表面光泽，降低织物的潜在收缩率，同时增加与染料的亲和力f 引。 丝光废水中碱的浓度非常高，一般通过多效蒸发蒸浓回收后，先供丝光应用， 在用于调配煮练液、废碱液和退浆。所以丝光废水很少排放，它在工艺上被多次 重复利用。 1 2 6 染色 染色是使染料与纤维发生化学或物理化学的结合，或者用化学方法直接在纤 维上合成颜料，并使纺织品具有颜色的加工过程【9 1 。在整个染色过程中，染料是 最基本的原料，各种纤维织物都有其对应的染料进行染色，染色是在一定温度、 p h 值、时间和染色助剂等条件下进行的。 用于棉及棉型织物染色的染料主要有：直接染料、活性染料、还原染料、不 溶性偶氮染料、硫化染料等，它们的结构大多存在着偶氮基，芳环等复杂基团， 是难降解的有机化合物【10 1 。 由于不同的织物所选用的染料、助剂和染色方法不同，因此染色废水的水质 组成复杂、变化多。染色废水是印染废水的主要来源，其中含有染料、助剂、微 量有毒物质和表面活性剂等。染色废水p h 值较高，c o d 值较高，b o d 值较低， 可生化性较差。因为使用的染料不同，故染色废水常呈现出不同的颜色。 1 2 7 印花 所谓印花，就是将染料或涂料制成色浆，施敷于纺织品上印制出有花纹的图 案的加工过程【l l 】。印花色浆一般由染料或颜料、糊料、助溶剂、吸湿剂等其它 助剂所组成。 印花废水主要来自配制色浆、印花滚筒和筛网的冲洗水及印花后花布的水 洗、皂洗等。和染色相比，印花废水水量较少，但水中污染物的相对浓度较高。， 含有人工合成有机物及部分天然有机物，并有一定量的难生物降解物质。 1 2 8 整理 织物经过染色或印花后一般需进行整理，以使产品更具有挺括、光滑感或其 他特征。整理废水通常含有纤维屑、各种树脂、甲醛和浆料等【1 2 】。由于它的废 水量较小，对整个废水的水质影响不大。 4 0 雯熬量 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 1 3 棉纺织印染废水特征 1 3 。l 有机物含量高 印染废水总体上属于有机废水，其中所含污染物主要山天然的有机物质( 天 然纤维所含的蜡质、胶质、纤维素、油脂等) 及人工合成的有机物质( 染料、助 剂等) 所构成f 1 3 j ；由于在印染加工过程中，大量使用了各种染化料，这些染化 料不可能全部转移到织物上，造成在水中的残留，随着大量新型染料、助剂的使 用，有机污染物的可生化性降低，处理难度加大。 1 3 2 色度高 不同纤维织物在印花和染色过程中使用的染料不同，染料的上染率不同，染 料的残留形念也不同，致使排放废水的颜色较深，并呈现出不同的颜色。 1 3 3p h 值高 由于不同纤维织物在印染加工过程中所使用的工艺不同，为使染料的上染率 提高，需要在不同的p h 值条件下进行染色。一般来说，棉及棉混纺织物印染加 工中很多工艺都需要加入碱液，造成废水中p h 值较高。 1 3 4 水质水量变化大 印染工业生产因为受原料、季节、市场需求等变化的影响，使印染废水的水 质发生很大变化，而印染废水的排放是间歇的，废水排放量极不均匀。 1 3 5 废水处理难度大 近年来，随着新型化学纤维、仿真丝、印染整理技术的发展，聚乙烯醇( p v a ) 、 海藻酸钠和羧甲基纤维素( c m c ) 等化学浆料以及新型的染化料和整理剂都获 得广泛使用，使这些难生物降解有机物大量进人印染废水，而这些浆料既抗氧化 又抗还原，极难被生物降解，使废水的可生化性进一步降低：应用碱减量工艺后， 印染废水的c o d 浓度大幅度提高，其值由原来的数百m g l 上升到2 0 0 0 m l 以上， 更加重了处理难度f 1 4 】。 1 4 棉纺织印染废水的处理方法 1 4 1 物理化学法 1 4 1 1 吸附法 0 燃量 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 在物理处理法中应用最多的是吸附法。这种方法是将活性炭、黏士等多孔物 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【b l 。工业上常用的吸附剂有 活性碳、活性硅藻土、硅胶、活化煤、天然蒙托土以及煤渣等【1 6 】。活性碳只对 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， 另外去除水中溶解性有机物也非常有效，但是不能去除水中的胶体疏水性染料。 吸附剂种类繁多，工程中需要考虑吸附剂对染料的选择性，并根据废水水质来选 择吸附剂。 活性炭具有较高的比表面积，是目前被广泛应用并且研究得较为透彻的一种 固体吸附剂，它适用于分子量小于4 0 0 的水溶性染料分子脱色，而且由于分子问 的偶极矩和变形性有很大不同，活性炭对可溶性染料的吸附也是有选择性的，对 碱性染料废水的脱色率超过9 0 ，但对酸性染料的脱色率仅为3 0 4 0 1 1 7 】。 1 4 1 2 混凝法 化学混凝法是处理印染废水常用的有效方法。化学混凝法常用的混凝剂包括 无机低分子混凝剂、无机高分子型混凝剂、有机高分子型混凝剂、微生物混凝剂 等。大量的实验研究表明，无机高分子混凝剂p a c 、p f s 混凝效果一般要优于传 统的铁盐和铝盐混凝剂，因为p a c 、p f s 中含有6 0 以上的带正电荷的聚羟阳离 子，将其投入水中后，这些聚羟阳离子快速地参与电中和及压缩双电层作用，可 有效地使染料胶体失去稳定性而沉降【l 引。近年来无机高分子絮凝剂广泛地应用 于印染废水处理中。秦关洁掣1 9 】采用自制的一种高聚合度有机高分子聚合硫酸 铁絮凝剂，用它对印染废水进行处理，脱色率高达9 8 以上，c o d 去除率达到7 5 以上。苏玉萍等【2 0 】采用聚合氯化铝( p a c ) 用于上海第一丝绸印染厂印染废水的 处理，当p a c 投量为7 0 0 9 0 0 m g l ，p h 值控制在5 4 6 6 时，脱色率可达9 3 ，且 p a c 较其他絮凝剂产生的矾花大，沉降速度快。李俊雷掣2 l 】采用聚二甲基二烯丙 基氮化铵( p d a d m a ) 联合p a m 对活性染料废水的处理，结果表明，p d a d m a 絮凝剂有p h 适用范围广( 4 5 1 0 o ) 、脱色率高、投加量少等优点。 最近的研究表明，有机高分子絮凝剂特别是人工合成的有机絮凝剂对染料废 水有更好的脱色效果。高华星等【2 2 】采用聚丙烯腈为主链，用双腈双胺与聚丙烯 腈大分子上的腈基改性而制得含有多种活性基团的聚两性电解质，对分散染料废 燃量 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 水的色度和c o d 去除率较高，与聚钒相比用量少、c o d 去除率高。董银卯等【2 3 】 以环氧氯丙烷、氨水、二甲苯为主反应物，引入改变官能团和电荷密度的添加剂， 研制了聚胺类h a 系列絮凝剂，对染料废水进行处理，色度去除率达9 5 以上， 浊度去除率达9 2 ，c o d 去除率达6 4 ，若与无机絮凝剂配合使用效果更佳。 1 4 1 3 膜分离法 膜分离的方法是一种新兴的高效分离、浓缩、提纯和净化的技术，按滤膜孔 径大小的不同分四种类型，即微滤( m f ) 、超滤( u f ) 、纳滤( n f ) 和反渗 透( r o ) 2 4 】。m a j e w s k a - - - n o w a k k 等2 5 】用聚砜类条束式膜处理染料废水，膜的 体积通量为2 4 m 3 ( m 2 d ) ，压力降为0 1 5 m p a ，对分子量大于6 0 0 的有机染料截留 率达9 6 9 8 。并且发现条束式p v c 膜和聚丙烯腈膜与聚砜一样对染料有较好的 截留率。m m a r c u c c i 等2 6 1 利用砂滤+ 超滤工艺分别作为纳滤和反渗透的预处理， 结果证明，砂滤+ 超滤工艺对c o d c ，的去除率为5 2 ，浊度和总悬浮固体的去除 率分别为9 2 和9 6 ，对色度去除率很低；还发现纳滤对盐分的去除率没有反渗 透去除率高。刘梅红掣2 7 1 采用醋酸纤维素纳滤膜对染料废水的分离技术处理染 料废水的分离和处理特性进行了研究，发现如选择孔径合适的滤膜，则可1 0 0 去除色度，c o d 的去除率也可达9 5 以上。膜分离法是一种新型分离技术，具有 分离效率高、能耗低、工艺简单、操作方便、过程易控制、无污染等优点。但该 技术需要专用设备，投资高，且易造成膜污染。 1 4 2 化学法 1 4 2 1 氧化法 化学氧化法是目f i ；j - e p 染废水脱色较为成熟的方法，利用各种氧化剂将染料分 子中发色基团的不饱和键断开，形成分子量较小的有机物或无机物，从而使染料 失去发色能力。化学氧化所用的氧化剂一般采用f e n t o n 试剂( f e 2 + 和h 2 0 2 ) 、臭 氧、氯气、次氯酸钠等。 k u o w g 等【2 8 1 用f e n t o n 试剂处理偶氮、葸醌、酞菁和次甲基等染料废水，发 现最佳条件是p h 3 ，平均色度去除率大于9 7 ，c o d 平均去除率约9 0 ，并发现 温度对去除速率有很大影响，温度越低，速率越慢。徐向荣掣2 9 1 采用f e n t o n 试剂 法处理酸性媒介漂染废水，在p h = 3 、【f e s 0 4 = 4 0 m g l 、【h 2 0 2 - - 8 0 0 m g l 时，废 水色度幂i i c o d 去除率分别达到9 8 6 和8 0 1 ，可获得很好的处理效果。 0 垂熬量 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 臭氧能将染料发色基训的不饱和化学键打开，生成分子量较小的物质，达到 脱色目的。据文献报道臭氧对偶氮染料、阳离子染料、碱性染料脱色速度快，效 果好，但对分散染料与水不溶性染料脱色效果差【3 0 3 。影响臭氧脱色的另一因素 是p h 值，高p h 值彳i 利于臭氧脱色。臭氧氧化法不产生污泥和二次污染，占地面 积小，容易实现自动化控制，但处理成本高。 1 4 2 2 电化学法 电化学法是通过电极反应使印染废水得到净化。随着电化学和电力加工业的 进展，各种高效反应器的出现使处理成本大幅度下降，电化学法开始引起人们的 重视。电化学处理废水的原理可分为电絮凝法、电气浮法、电氧化法和微电解法 【3 2 】 o 许佩瑶等f 3 3 】用电解一内电解法复合处理印染废水，两者之间有较强的协同 作用，可缩短处理时间，减小耗能，c o d 去除率能达到8 3 ，色度去除率能达到 8 8 左右，出水基本无色，达到国家废水排放标准。贾金平等【3 4 1 用活性炭纤维作 电极利用电极的导电、吸附、催化、氧化还原和气浮等综合性能实现了吸附一电 极反应一絮凝脱附一条龙工艺，脱色率达9 8 ，c o d 去除率大于8 0 。李然等f 3 5 】 用自行开发的筒形电极进行染料溶液和工厂印染废水的电化学脱色实验，处理中 最佳p h 值为7 9 ，处理后脱色率达9 7 以上。李长海等【3 6 】选择圆桶型铁板作电极， 采用导流电凝聚法新工艺处理长春市印染厂的印染废水，p h = 8 2 时脱色率为 9 6 ，c o d 去除率为9 0 ，耗电0 4 2 5 k w h m 3 。 1 4 2 3 光催化氧化法 自从1 9 7 2 年f u j i s h i m a 等发现受辐射的t i 0 2 表面能发生水的持续氧化还原反 应以来，半导体( 如t i 0 2 ) 光催化氧化法作为一种降解有机物的深度氧化技术近 几年来发展迅速，其高活性、安全、价廉、无污染等优点备受人们的青睐 3 7 】。 涂代惠等【3 8 】采用自制的t i 0 2 膜和平板式固定床型光催化氧化反应装置进行了印 染废水的光催化氧化降解试验。结果表明，其对c o d 的去除率可达至u j 6 8 4 ，对 色度的去除率为8 9 1 ，对阴离子表面活性剂的去除率为8 7 4 5 ，达到了国家规 定的废水排放标准。程沧沧等【” ：采用t i 0 2 j f e 3 + 体系，在太阳光下照射0 5 h ，浓 度2 5 m g l ，直接耐酸大耋z 4 b s 染料分子降解率达8 5 。谭湘萍【4 0 1 采用新型载银 t i 0 2 催化剂- t s a 催化剂，对印染和精练废水生化处理后的出水进行深度处理， 雾季天学 嘲，互u - i i ! o = & $ 1 1 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 光照1 2 0 m i n 后，印染和精炼废水的c o d c ，去除率分别为7 5 3 和颜悦色3 4 。 1 4 3 生物化学法 生化法是利用微尘物氧化、分解、吸附作用来处理废水中的有机污染物的方 法。尽管印染废水的可生化性差，含有毒有害物质，但仍可以通过优势菌种的选 育、各种生物方法的组合，在适宜的环境中降解印染废水。生化法有操作简单， 运行费用低，无二次污染的优点，得到了广泛的应用。生化处理法包括好氧法和 厌氧法。 1 4 3 1 好养法 处理印染废水的好氧法常见的有活性污泥法、氧化沟法、生物塘法、接触氧 化法、曝气法等。好氧生物处理对b o d 去除效果明显，一般可达8 0 左右，但色 度和c o d 去除率不高，尤其j t l p v a 等化学浆料、表面活性剂、溶剂及匹布碱减 量技术的广泛应用，不但使印染废水的c o d 达至u 2 0 0 0 3 0 0 0 m g l ，而且b o d c o d 也由原来的0 4 0 5 下降n o 2 以下，单纯的好氧生物处理难度越来越大，出水难以 达标；此外，好氧法运行费用较高，剩余污泥处理产量大。 1 4 3 2 厌氧法 厌氧法处理的主要构筑物是厌氧罐，染料中物质能通过厌氧分解，通常在中 温条件下进行( 3 7 ) ，水力停留时间6 h ，主要含甲基红染料的污水颜色能完全去 除。有研究表明厌氧处理丝绸印染废水，在h r t = i o 1 1 d ，c o d 去除率7 4 8 2 ， 用u a s b 和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c o d 去除率分别稳定在8 0 和9 0 以上【4 l 】。 1 4 3 3 厌氧一好养法 厌氧一好氧组合法是高浓度有机废水处理的首选方法，它不仅能高效去除废 水中的有机污染物，还可达到脱氨除磷的深度处理目的，同时亦是克服活性污泥 膨胀的有利手段。目前主要采用的两种工艺：厌氧一好氧生物转盘工艺和好氧一 生物炭接触工艺。厌氧一好氧生物转盘处理工艺是将厌氧生物转盘与好氧生物转 盘串联起来，用于印染废水处理，也取得了好的效果。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。一是为了 提高生物量，因而也缩短总的水力停留时间，二是为了将多余的活性污泥消化在 系统内部。该工艺流程也是兼备固着生长和悬浮生长的特点，还可通过向转盘投 0 单季天学 眺“1 ：m h 订 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 加絮凝剂进一步提高c o d 去除率和脱色率。该流程对c o d 、色度等的去除率均 达到7 0 以上，适当投加微量絮凝剂，测得c o d 、色度的去除率可提高 l5 2 0 t 4 2 1 。 1 5 棉纺织印染废水处理后回用现状 1 5 1 印染废水回用研究特点 目前，印染废水的回用尚未引起人们足够的重视，究其原因，一方面是因为 印染生产对水质要求高，经过物化处理后的水体铁盐、色度等指标较高，不利于 回用。另一方面足因为目前水价格较低廉，同时人们对污水回用的环保价值认识 不足【4 3 】。国内外对印染废水的回用有较多的研究，目前国内研究及应用的情况， 有以下特点： ( 1 ) 对印染废水回用技术的研究不多，一般只局限于简单的处理回用。 ( 2 ) 水的回用率较低，一般在2 0 3 0 左右，主要回用于水质不太高的前道 工序。 ( 3 ) 长期回用后对产品质量及污水处理系统的影响研究不多【4 4 1 。 1 5 2 印染废水回用标准 纺织品的质量越高对回用的水质要求也越高。无机物质和一些表面活性剂以 及痕量的染料，可能会影响漂白、染色和印花而造成纺织品色调的差异；某些染 料遇硬水会发生沉淀；练漂加工或漂沈时色度和纯净度差的水，易使漂后织物发 黄。因而，对色度、浊度、硬度、铁赫及p h 值等各项水质指标都必须控制在用 水指标之内。因此，同样是废水处理后再利用，纺织业对回用水水质的要求远远 高于城市生活杂用水的水质要求。我国现在尚没有统一的印染废水的回用水水质 标准，印染厂都需根据各厂不同的生产要求确定回用水水质指标，表2 所示为某 印染厂根据生产要求确定的回用水水质标准。 1 0 0 墨熬量 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 表2 某印染j 回用水水质标准4 5 1 s st d s硬度色度 c o d c ， s 2 一 项目温度 p h 值 ( m g a c )( m g l )( m g l ) | 镪 ( m g l )( m g l ) 生产要求 0 - - - 4 06 8 1 5 0 3 0 0 5 0 1 5 1 0 0 o 2 同川水质1 5 4 0 6 83 0 5 02 0 0 3 0 01 0 2 0 1 0 1 65 0 1 0 0 o 1 0 2 1 5 3 印染废水深度处理回用技术概况 由于回用水质要求比较高，单一的处理工艺一般很难使废水达到较好的印染 用水标准，联用技术却可以使物理、化学、生物的净化作用有机地组合起来，充 分发挥各处理手段的长处，达到微量污染物的最佳去除效果。因而，印染废水回 用技术按照其处理方法可分为物理处理联用技术、生物联用技术以及其他综合联 用技术矧。 1 5 3 1 物理处理联用技术 物理处理联用技术是以物理原理处理为主的深度处理技术。目前，国内外所 应用的物理技术主要有混凝、砂滤、微絮凝、吸附、超滤、反渗透和离子交换等。 1 5 3 2 生物联用技术 一般在深度处理中较多采用生物联用技术，如采用生物和吸附过滤联用技术 ( 生物活性炭技术) 。生物活性炭法( b a c ) 是将活性炭吸附和生物处理相结合 的处理工艺。其机理是由于活性炭空隙多、比表面积大，能迅速吸附水中溶解性 的有机物、富集微生物，而被吸附的有机物又可以维持微生物的生命活动。同时， 微生物又具有氧化分解和生物吸附双重作用，使得活性炭的吸附能力得到恢复， 从而大大提高活性炭的再生周期。实践证明，采用b a c 具有如下优点：增加水中 溶解性有机物的去除效率，提高出水水质；延长活性炭再生周期，减少运行费用； 水中氨氮和亚硝酸氮可被生物氧化成硝酸盐，从而减少了后氯化的投加量，降低 了三卤甲烷的生成量；有效去除水中可生化有机物和无机物，提高出水的生物稳 定性。但是在实际应用中，要充分考虑到成本、操作工况以及水质状况等问题， 还要避免原处理工艺中的预加氯工艺 4 7 】。 1 5 3 3 其他综合联用技术 如生物陶粒_ 臭氧脱色_ 离子交换、生物法_ 絮凝法_ 反渗透等综合的联用 1 1 0 霎整量 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 技术也被用于印染废水深度处理中【4 8 】。 山东3 个制丝企业对制丝废水处理网用采用不同技术工艺路线产生了较好的 经济效益和社会效益。其中，山东淄博制丝厂工艺流程为：缫丝废水一生化塔_ 砂滤塔_ 吸附消毒一回用；山东乳山制丝厂工艺为：制丝废水一生物接触氧化池 _ 生物炭塔一砂滤_ 回用；山东泰安制丝厂工艺为：制丝废水一接触氧化塔_ 吸 附_ 精密过滤_ 回用【4 9 1 。 虞承伟【5 0 】对印染厂经二级处理后的出水采m c l 0 2 氧化，对废水色度、c o d 的去除效果进行了研究。实验结果表明：浓度为4 0 m g lc | 0 2 对紫色等1 3 种颜色 的印染排放废水进行3 0 m i n 的氧化反应，出水基本满足了印染废水的回用要求； 再用活性炭对c 1 0 2 氧化出水进行后处理去除余氯，进一步提高回用水质，扩大 回用水的应用范围。该工艺操作简便，特别在色度去除上效果较好，值得进一步 研究和推广。工艺流程为：二沉池出水_ 一级砂滤_ c 1 0 2 氧化_ 二级过滤_ 活 性炭一回用。 1 6 课题研究的目的和意义 纺织印染工业排放的废水中含有纤维原料本身的夹带物，以及加工过程中 使用的浆料、油剂、染料和化学助剂等，具有化学需氧量高、色度高、p h 值高、 难生物降解、多变化的“三高一难一变”特点。这样的废水如果不经处理或经处理 未达到排放标准就直接排放，不仅直接危害人们的身体健康，而且严重破坏水体、 土壤及其生态系统。而在现有印染废水处理系统中，大多采用单一的处理技术， 处理后的废水难以稳定地达到相应的排放标准，由于水资源的紧缺及污染物排放 的限制，印染废水处理后回用是必然趋势。国内近年虽然也有一些研究，例如以 印染废水作为锅炉湿法除尘冲灰水、绿化、冲洗地坪等，实际回用率不大，真j 下 能回用于生产工艺，才是最重要的，这不仅可以节约大量水资源，又可以大幅度 降低排污总量。因此，寻求一种全面的、有着较低的投资成本和运行成本的组合 工艺技术，使印染废水处理后回用生产，为印染行业发展提供坚实的基础。 1 2 碧毒天学 d 哺j 址, - l i , g t i 仃 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 2棉印染废水处理与回用工艺研究 2 1 工艺技术的提出 对印染废水首先清浊分流，对轻污染水进行深度处理并回用，重污染废水加 上轻污染水深度处理后较浓的水合并处理达标排放，从整体技术和经济上最为合 理。故本课题研究针对染色工艺所产生的轻污染水( 漂洗水) 。 轻污染水经过调节池进行水质、水量调节，调节池出水由泵提升至水解酸化 池。 在水解酸化池中设置弹性填料，保证反应池中的微生物含量；并设置水下搅 拌装置，以加强系统的传质效果。 水解酸化池出水进入a b c 曝气池，在好氧条件下，实现对废水中大多数有 机物的降解。在曝气池中挂膜作为微生物的载体，以保证系统中微生物的含量。 a b c 曝气池出水进入生化沉淀池，经生化沉淀池固液分离，一部分回流至 水解酸化池进行污泥减量，一部分进入污泥浓缩池。 生化沉淀池上清液进入生物滤池作深度处理，生物滤池使用活性炭作为微生 物的载体，在微生物生物降解和滤料过滤截留双重作用下，实现处理后尾水水质 满足g b 4 2 8 7 9 2 i 级标准要求排放。 ：一达标后的尾水进入“亚滤”系统。经过“亚滤”系统的过滤、截留作用，使出水 满足回用要求，进入清水池。 清水池前设置c 1 0 2 脱色系统，当“亚滤”系统出水色度难以达标时，开启c 1 0 2 脱色系统，保证回用水的水质要求。清水池中设置清水泵，清水提升至厂区用于 生产。 “亚滤”系统产生的高浓度液体s s 含量很高，回流至系统的污泥浓缩池。污 泥浓缩池污泥经浓缩后，进入污泥脱水系统，脱水后产生的泥饼外运填埋处理。 工艺流程见图2 1 。 聋辜乏学 d c 一；苫u ：* ：饿“w 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 池 il 丫 ? 一一。 脱 色 7 ： 水处理后外运 i 。 c 1 q 脱色系统 一 勃 图2 1 工艺流程图 2 2 工艺技术的理论基础 2 2 1 水解酸化池机理 根据有机物所要求达到的分解程度，可将厌氧处理分为两种类型，即酸发酵 ( 水解酸化) 和甲烷发酵。水解酸化是一种不彻底的有机物厌氧转化过程，其作 用在于使复杂的不溶性高分子有机物经过水解和产酸转化为溶解性的简单低分 子有机物，为后续好氧处理准备易于氧化分解的有机底物，即提高废水的 b o d 5 c o d ，改善废水的可生化性。 2 2 2a b c 曝气池机理 a b c 活性污泥法是东华大学通过多年工程实践的将好氧阶段分为三个不 同阶段可降低曝气量，提高处理效率。 将曝气池分为三段，长度比为1 ：3 ：2 。在三格中，容积负荷各不相同，使 各格的有机物降解速率总体达到最大，在相同的体积下与普通活性污泥系统相 比，可提高效率7 1 0 。在水解酸化的基础上，随着b c 比的提高，a b c 工 艺充分发挥了高负荷、一般负荷、低负荷的特点，能使c o d c r 净化率有较大的 提高。 雾季天学 断d t t t1 嗽s e h 棉纺织印染废水处理与回用技术在工程中的应用研究 2 1 51 0 5 污泥负荷k gb 0o kgm lss 图2 2 污泥负荷f w 与污泥容积指数关系曲线5 1 】 根据图2 2 ，为控制污泥膨胀和提高系统处理效率，曝气池设计为a 、b 、c 三格处理系统，使运行落实在图2 2 曲线中a a 段、b b 段、c c 段，既能使 有机物在反应系统中迅速彻底代谢，又能使污泥保持良好性能。a 段中微生物处 于对数增长期，且有机负荷高，使微生物在较短的时问内利用高浓度有机物充分 繁殖，有机物降解快。b 段微生物处于稳定生长期，也是大量去除有机物的时期， 废水停留时间较长，去除率高。c 段中微生物处于衰亡期，废水中有机物浓度也 较低，b c 较低，微生物衰老并出现自溶，出水中悬浮微生物少，减小了生化沉 淀池负荷。 2 2 3 “亚滤”系统机理 “亚滤”系统为东华大学开发的专利技术，包括复合反应器、陶瓷膜反应器、 加药系统、反冲洗系统等，其主要机理是混凝和膜过滤。 2 2 3 1 混凝脱色机理 混凝包括凝聚与絮凝两种过程，凝聚是瞬时的，只需将化学药剂扩散到全部 溶液的时间即可，絮凝需要一定的时间去完成，但一般情况下两者很难区分。发 生混凝脱色主要有四种机理