降低煮練工序印染廢水COD的常用方法
目前，國(guó)內(nèi)紡織印染行業(yè)勞動(dòng)密集,資源和能源消耗較高。據(jù)統(tǒng)計(jì),“十五”期間,江、浙、粵三省印染生產(chǎn)量占全國(guó)的76%,紡織印染業(yè)集群區(qū)域占該地區(qū)全部工業(yè)的50%以上[1]。與國(guó)外單位數(shù)量印染產(chǎn)品相比較，我國(guó)印染耗水量高約2倍，排污總量是國(guó)外產(chǎn)品的1.2-1.8倍。其原因主要是國(guó)內(nèi)紡織印染生產(chǎn)工藝中，很多物質(zhì)沒有得到充分利用，而隨廢水一同排放，目前幾乎沒有哪家印染企業(yè)能達(dá)到廢水零排放。這些企業(yè)給當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成極其嚴(yán)重的負(fù)面影響,以棉紡織產(chǎn)品生產(chǎn)所帶來(lái)煮練廢水最為典型。
煮練廢水是在煮練工序中產(chǎn)生的，其污染物主要是棉毛等紡織纖維上的污物、鹽類、油類和脂類,以及加工過程中附加的各種漿料、染料、表面活性劑、助劑、酸、堿等。煮練污水的特點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn)[2]：廢水量大，水質(zhì)復(fù)雜，有機(jī)物含量高，廢水呈強(qiáng)堿性，水溫高，呈褐色。
由于煮練廢水屬高濃度有機(jī)廢水，難被生物降解等特性，加之很多印染企業(yè)對(duì)煮練廢水的危害認(rèn)識(shí)不足,將沒有妥善處理的廢水通過雨水管排入河道，造成內(nèi)河水質(zhì)嚴(yán)重惡化。如何經(jīng)濟(jì)有效處理煮練廢水問題也浮出水面，減低煮練廢水對(duì)環(huán)境水資源的污染迫在眉睫。
目前煮練廢水的處理方法主要有物理法，化學(xué)法，生物法三大類，其中物理法包括：大孔樹脂吸附，氣浮法等；化學(xué)法包括化學(xué)混凝法，電化學(xué)法，臭氧氧化法等；生物法主要包括好氧生物法和厭氧生物法。
1 物理法處理煮練廢水
1.1大孔樹脂吸附法
大孔吸附樹脂是一類具有大孔結(jié)構(gòu)且不含交換基團(tuán)的高分子樹脂，在樹脂內(nèi)部存在三維空間立體孔結(jié)構(gòu)，其孔徑、孔容和比表面積都較高，對(duì)于酸、堿和有機(jī)溶劑表現(xiàn)出不溶性，對(duì)熱、氧以及化學(xué)試劑則表現(xiàn)出惰性[3]。根據(jù)樹脂的表面性質(zhì)，大孔吸附樹脂可以分為非極性、中極性和極性三類。非極性吸附樹脂是由偶極距很小的單體聚合而得，不含任何功能基團(tuán)，孔表的疏水性較強(qiáng)，可通過與小分子內(nèi)的疏水部分的作用吸附溶液中的有機(jī)物，最適用于從極性溶劑(如水)中吸附非極性物質(zhì)。極性樹脂含有酰胺基、氰基、酚羥基等含N、O、S極性功能基，它們通過靜電相互作用吸附極性物質(zhì)。中極性吸附樹脂含有酯基，其表面兼有疏水和親水部分，既可由極性溶劑中吸附非極性物質(zhì)，也可以從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)。在操作中，需要依實(shí)際的情況和要求進(jìn)行選擇[4]。
李志平等[5]使用DA-201大孔樹脂進(jìn)行吸附試驗(yàn)，取100ml直接紅模擬廢水于250ml燒瓶中調(diào)PH值后，加入定量的吸附劑于振蕩器上振蕩，抽濾，吸附劑用乙醇再生后重復(fù)使用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：染料濃度去除率可以達(dá)到97.9%。且樹脂的重復(fù)使用性能良好。
1.2氣浮法
氣泡吸附分離(adsorption bubble separation)簡(jiǎn)稱為氣浮分離(flotation)，即溶液中的固體、沉淀、膠體等吸附在上升氣流上而與母液分離[6]。該技術(shù)是利用水中各種原有溶解、懸浮物質(zhì)表面活性的差異。或通過投加藥劑而產(chǎn)生的表面活性的差異而進(jìn)行分離的方法。
張宏偉等[7]采用加藥混凝—旋流反應(yīng)-豎流氣浮-雙層快濾組合工藝處理印染廢水，氣浮段采用的是高效溶氣氣浮法。出水水質(zhì)達(dá)到COD去除率70%-80%。夏紅云等[8]研究了廢水中的直鏈烷基苯磺酸鈉混凝氣浮處理的一些影響因素，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，pH、混凝劑用量及氣浮時(shí)間均對(duì)混凝氣浮處理效果有較大影響。
2 化學(xué)法處理煮練廢水
2.1化學(xué)混凝法
煮練廢水中主要的污染物質(zhì)為殘余染料，助劑，漿料及其他化學(xué)物質(zhì)。其中染料多數(shù)呈膠體狀態(tài)，采用化學(xué)混凝法能夠有效地去除廢水中的殘余染料，很大程度上降低廢水的COD。所謂化學(xué)混凝法是指通過向廢水中投加絮凝劑，利用絮凝劑的吸附架橋，壓縮雙電層及網(wǎng)捕作用，使水中膠體及懸浮物失穩(wěn)、相互碰撞和凝聚轉(zhuǎn)而形成絮凝體，再用沉淀或氣浮工藝使顆粒從水中分離出來(lái)以達(dá)到凈化水體的方法。
卞惠芳[9]研究聚合硅酸鋁對(duì)印染廢水進(jìn)行混凝處理。研究結(jié)果表明，聚合硅酸鋁處理印染廢水效果較好，最佳組合方式為：溫度40℃，pH值為6，聚合硅酸硫酸鋁的投加量為7mL，攪拌時(shí)間控制在15min。COD去除率超過75％。馮雄漢等[10]研究了有機(jī)膨潤(rùn)土混凝劑處理陽(yáng)離子染料廢水的性能，他采用酸和有機(jī)銨鹽復(fù)合改性膨潤(rùn)土，對(duì)含100 mg/L陽(yáng)離子染料廢水，投入400mg/L的復(fù)合改性膨潤(rùn)土，COD去除率達(dá)92％以上，飽和吸附量明顯優(yōu)于原土。
2.2電化學(xué)法
電化學(xué)法處理廢水的實(shí)質(zhì)，就是直接或間接的利用電解作用，把水中污染物去除，或把有毒物質(zhì)變成無(wú)毒或低毒物質(zhì)。用電解法或電化學(xué)法處理廢水，按照去除對(duì)象以及產(chǎn)生的電化學(xué)作用來(lái)區(qū)分，又可分為電化學(xué)氧化，電化學(xué)還原，電氣浮等法。
①電化學(xué)氧化法[12]
電化學(xué)氧化法是利用陽(yáng)極的直接電極反應(yīng)(如CN-的陽(yáng)極氧化)與某些陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)物(如Cl2,ClO-,O2等)間接的氧化作用(如陽(yáng)極產(chǎn)物Cl2除氰脫色)來(lái)使廢水中污染物氧化破壞。實(shí)際上，為了強(qiáng)化陽(yáng)極的氧化作用，通常投加一定量的食鹽，進(jìn)行所謂電氯化，這時(shí)陽(yáng)極的直接氧化作用和間接氧化作用往往同時(shí)起作用。電化學(xué)氧化法主要用于去除水中氰，酚以及COD，S2-等。
②電化學(xué)還原
電解槽的陰極可以給出電子，相當(dāng)于還原劑，可使廢水中的重金屬離子還原出來(lái)，沉積于陰極，予以回收利用。還可把六價(jià)鉻(CrO24-或Cr2O72-)及五價(jià)砷(AsO3-或As43-)分別還原為Cr3+ 及AsH3，予以去除或回收。
③電氣浮法[13]
廢水電解時(shí)，由于水的電解及有機(jī)物的電解氧化，在陽(yáng)極和陰極表面上會(huì)有氣體(如H2,O2,CO2,Cl2等)，呈微小氣泡析出，它們?cè)谏仙^程中，可粘附水中雜質(zhì)微粒及油類浮到水面而分離。利用這一原理的技術(shù)或方法稱為電氣浮法，又稱電解浮上法。電解時(shí)，不僅有氣泡浮上作用，而且還兼有凝聚，共沉，電化學(xué)氧化，電化學(xué)還原等作用。
2.3臭氧氧化法
臭氧的分子式O3，是氧的一種同素異形體，與氧具有無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味及無(wú)毒等特性不同，它是淡藍(lán)色的，且具有特殊的“新鮮”氣味，在濃度稍高時(shí)具有毒性[14]。近年來(lái)，光催化氧化技術(shù)[15]在煮練廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用具有良好的市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)效益，但該領(lǐng)域的研究還存在諸多問題，如尋求更高效的催化劑，催化劑分離與回收等。O3/UV聯(lián)合氧化技術(shù)是一種在可見光或紫外光作用下進(jìn)行的光化學(xué)過程，因其反應(yīng)條件溫和(常溫、常壓)、氧化能力強(qiáng)而迅速發(fā)展。O3/UV法是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的，主要用于處理廢水中有毒有害且無(wú)法生物降解的物質(zhì)。自80年代以來(lái)，O3/UV法研究范圍擴(kuò)展到飲用水的深度處理，并已成功地應(yīng)用于處理煮練印染工業(yè)廢水。李兵宇[16]在半序批式反應(yīng)器中進(jìn)行廢水的O3/UV氧化，間歇及連續(xù)生化反應(yīng)器中進(jìn)行生化處理，以COD去除率、BOD/COD、臭氧消耗系數(shù)和臭氧消耗量等指標(biāo)，考察O3/UV與生化組合處理印染廢水的工藝。
3 生物法處理煮練廢水
生物法[17]是靠微生物酶來(lái)氧化或還原染料分子，破壞其不飽和鍵及發(fā)色基團(tuán)，從而達(dá)到處理目的的一種廢水處理方法。由于微生物繁殖速率快、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低廉，近年來(lái)在煮練廢水的處理中得到了廣泛的應(yīng)用[18]。根據(jù)生物處理的反應(yīng)機(jī)制，生物法可分為好氧生物法和厭氧生物法。
①好氧生物法
好氧生物處理法是在好氧狀態(tài)下將有機(jī)物氧化成二氧化碳、硝酸鹽、水、硫酸根等穩(wěn)定物質(zhì)，常見的好氧法有活性污泥法和生物膜法。
活性污泥法的原理是通過對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行吸附、生理代謝和絮凝作用從而對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解。活性污泥法在分解大量有機(jī)物的同時(shí)，又可以運(yùn)轉(zhuǎn)效率高，小量調(diào)節(jié)pH值，出水水質(zhì)較好，因而被廣泛采用。生物法處理煮練廢水中，活性污泥法的使用最為普遍。但活性污泥法剩余污泥的處理一直是個(gè)難題，據(jù)資料報(bào)道，在國(guó)外一般污泥處理或處理費(fèi)用占整個(gè)污泥處理廠運(yùn)行費(fèi)用50%～70%，國(guó)內(nèi)也占到40%左右[19]。
Kapdan等[20]利用活性污泥法處理印染廢水，結(jié)果表明在活性污泥中添加白腐真菌，以木灰為吸附劑，在吸附劑濃度150mg/L、染料濃度200mg/L、活性污泥泥齡20天的條件下，COD有明顯降低。
②厭氧生物法
廢水的厭氧生物處理是指在沒有游離氧的情況下，微生物進(jìn)行無(wú)氧呼吸，將大分子有機(jī)物分解成穩(wěn)定、簡(jiǎn)單的小分子有機(jī)物的處理方法。對(duì)于濃度不高而其中有機(jī)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以生化的煮練廢水，處理的目的主要不是降低COD，而是提高可生化性，通常利用厭氧過程的第一、第二階段的水解酸化反應(yīng)，來(lái)完成廢水的初步處理，是煮練廢水目前常用的厭氧處理技術(shù)之一。相對(duì)于好氧法，厭氧法處理廢水的應(yīng)用范圍更廣，既可用于高濃度有機(jī)廢水處理，又可用于低濃度的有機(jī)廢水處理，污泥量少，僅為好氧法的1/6～1/10。李亞新等[21]設(shè)計(jì)的厭氧生物濾池試驗(yàn)使COD的去除率達(dá)到70.0～86.6 %，去除效果較好。浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)保系采用管道厭氧處理和向上流動(dòng)厭氧污泥層(UASB)串聯(lián)處理絲綢印染廢水，HRT為1.0～1.1 天時(shí)，COD去除率90％，去除效果明顯。
4 結(jié)束語(yǔ)
目前國(guó)內(nèi)外處理煮練廢水的主要方法為：物理法、化學(xué)法、生物法等。但由于煮練廢水水質(zhì)復(fù)雜，有機(jī)物含量高，可生化性差等特點(diǎn)，特別是經(jīng)過最近十幾年印染工藝的發(fā)展，為了提高染料的勻染性、抗光解、抗生物降解性，越來(lái)越多的新型助劑被引入到煮練工序中。這些助劑的引入雖然提高了織物的質(zhì)量，但同時(shí)也提高了煮練廢水的COD，降低了廢水的可生化性。傳統(tǒng)的處理方法只對(duì)廢水中的懸浮顆粒物，小分子污染物及生化性較好的污染物有一定的去除效果。尋求一種有針對(duì)性的處理方法仍然十分迫切。
天然膨潤(rùn)土晶體是由鋁氧八面體和硅氧四面體層狀結(jié)構(gòu)組成，具有離子交換和吸附性能，對(duì)廢水中的一部分有機(jī)物及重金屬有吸附作用。但膨潤(rùn)土直接應(yīng)用于印染廢水的處理幾乎沒有效果，酸化改性天然膨潤(rùn)土，使其成為一種高效的混凝劑，同時(shí)獲得更大的比表面積和孔徑，在煮練廢水處理中已經(jīng)得到了較好的處理效果。
對(duì)于高濃度的煮練廢水，采用化學(xué)混凝法處理往往不能使廢水達(dá)標(biāo)排放。在廢水的氧化處理中，臭氧是一種常用的氧化劑，其強(qiáng)氧化性能將大分子物質(zhì)氧化成小分子，在去除COD方面效果顯著。
由于臭氧只能將廢水中的有機(jī)物氧化成小分子有機(jī)物，并不能使有機(jī)物完全礦化。臭氧在紫外線的作用下，轉(zhuǎn)化為OH•等強(qiáng)氧化性物質(zhì)，增強(qiáng)氧化效率，真正達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。
粉煤灰的形成過程與活性炭相似，具有較大的比表面積，吸附性好。綜合利用粉煤灰，做到以廢治廢，粉煤灰將是廢水吸附處理中的一種理想材料。
針對(duì)煮練廢水的一系列特點(diǎn)等多方面考慮，擬采用酸化改性膨潤(rùn)土化學(xué)混凝法-臭氧氣浮與紫外輻射(O3/UV)-末端粉煤灰吸附的處理工藝處理廢水，預(yù)期效果將非常顯著。
參考文獻(xiàn)：略
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
