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行業(yè)新聞

印染廢水深度處理及循環(huán)利用技術(shù)分析

來(lái)源: 時(shí)間:2017-04-30 15:30:00 瀏覽次數:

導讀: 據不完全統計,我國印染廢水的排放量約為 3×106~4×106m3/d,約占整個(gè)工業(yè)廢 水排放量的 35%,但回用率卻不到 10%。對印染廢水進(jìn)行深度處理,提高廢水回用率,這對 緩解水資源危機、維持印染行業(yè)的可持續發(fā)展都有重大的現實(shí)意義和經(jīng)濟意義。 我國是一個(gè)水資源匱乏的國家,水資源人均占有量?jì)H為世界水資源人均占有量的 1/4, 而且分布不均、利用率低。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展,水的需求量不斷增加,水資源短缺和社會(huì )經(jīng) 濟發(fā)展的矛盾更加突出,開(kāi)展廢水深度處理及回用對緩解我國水資源的緊張形勢十分必要。 印染行業(yè)是我國的工業(yè)用水大戶(hù)和廢水排放大戶(hù)。據不完全統計,我國印染廢水的排放 量約為 3×106~4×106m3/d,約占整個(gè)工業(yè)廢水排放量的 35%,但回用率卻不到 10%。對印 染廢水進(jìn)行深度處理,提高廢水回用率,這對緩解水資源危機、維持印染行業(yè)的可持續發(fā)展 都有重大的現實(shí)意義和經(jīng)濟意義。 1、國內印染廢水處理及回用現狀 我國對印染廢水回用已有較多的研究,從目前研究及應用的情況來(lái)看主要有以下特點(diǎn): (1)回用技術(shù)大多處于試驗研究階段,多為小試和中試,實(shí)際工程應用較少,且水的 回用率較低,一般不超過(guò) 50%,主要回用于對水質(zhì)要求不高的前道工序,缺乏有利于提高回 用水水質(zhì)及回用率的高效技術(shù)的推廣應用。 (2)回用處理主要是對印染廢水在達標處理的基礎上進(jìn)一步進(jìn)行處理,達到回用水水 質(zhì)標準。處理工藝主要采用混凝、吸附、過(guò)濾和氧化等技術(shù),其中對去除鹽度和硬度的關(guān)鍵 技術(shù)研究較少。 (3)由于現有技術(shù)水平的限制,印染廢水大量回用對生產(chǎn)及廢水處理系統會(huì )帶來(lái)一系 列問(wèn)題,包括有機污染物和無(wú)機鹽的積累。目前對廢水長(cháng)期回用的水質(zhì)問(wèn)題及對水處理系統 的影響研究不多,特別是無(wú)機鹽的積累問(wèn)題基本沒(méi)有涉及。 2、印染廢水深度處理回用技術(shù)及工藝 印染廢水深度處理主要對常規二級處理系統出水進(jìn)行處理,去除的污染物主要是色度、 COD 和鹽度(電導率)等,使出水水質(zhì)滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求。印染工藝和產(chǎn)品質(zhì)量要求不同, 對回用水的水質(zhì)要求也不同。因此,我國尚沒(méi)有統一的印染廢水回用水水質(zhì)標準。根據行業(yè) 經(jīng)驗,水質(zhì)指標都必須控制在用水指標之內。因此,紡織印染業(yè)對回用水水質(zhì)的要求遠遠高 于城市生活雜用水的水質(zhì)要求。 2.1 深度處理單元技術(shù) 2.1.1 吸附處理技術(shù) 將廢水通過(guò)由吸附劑組成的濾床,污染物質(zhì)被吸附在多孔物質(zhì)表面上或被過(guò)濾除去?;? 性炭是印染廢水深度處理中最常用的吸附劑,其微孔多,比表面積可高達 500~600 m2/g, 具有很強的吸附脫色性能,特別適合相對分子質(zhì)量小于 400 的水溶性染料的脫色吸附。但 活性炭對疏水性染料吸附效果較差,其再生也比較復雜且費用昂貴,限制了吸附法在印染廢 水深度處理中的應用。天然礦物如高嶺土、硅藻土、活性白土以及煤粉等也具有較高的吸附 性能,在印染廢水的深度處理中也有使用。另外,李蒙英等〔2〕 研究了利用青霉菌對印染 廢水進(jìn)行吸附處理,結果發(fā)現: 其對黑色和紅色染浴廢水的色度具有較好的處理效果,去 除率達到了 98.0%和 74.5%,為吸附法的發(fā)展提供了新的選擇。吸附法雖然見(jiàn)效較快,但是 使用后的吸附劑再生比較困難,如果不進(jìn)行回收再生則容易產(chǎn)生二次污染。因此,研發(fā)新型 高效且易再生的吸附劑是當前吸附方法的研究發(fā)展方向。 2.1.2 膜分離技術(shù) 膜對不同物質(zhì)具有透過(guò)性差異,膜分離技術(shù)就是利用膜的這種特性,在一定的傳質(zhì)推動(dòng) 力下,對混合物進(jìn)行分離的方法。印染廢水深度處理所用的膜分離技術(shù)主要有微濾(MF)、 超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)。MF 和 UF 常作為 NF 和 RO 的預處理; UF 能分 離大分子有機物、膠體、懸浮固體;NF 能實(shí)現脫鹽與濃縮的同時(shí)進(jìn)行;RO 能去除可溶性金 屬鹽、有機物、膠粒等并截留所有離子。阮慧敏等采用 UF+RO 工藝對浙江某印染廠(chǎng)廢水生 化處理后的出水進(jìn)行處理,膜系統進(jìn)水 COD 100~350 mg/L,色度 180 倍,電導率 800~1 350 μS/cm。膜系統處理后出水 COD<10 mg/L,色度 1~2 倍,電導率<30 μS/cm。 Xujie Lu 等 〔4〕采用生物濾池結合膜分離的方法,當進(jìn)水 COD 為 150~450 mg/L 時(shí),出水 COD 降到 50 mg/L 以下,去除率高達 91%,且色度、濁度、鐵錳濃度的去除效果都非常好。 膜分離技術(shù)的優(yōu)勢為: 其不僅能去除水中殘余的有機物,降低色度,還能脫除無(wú)機鹽 類(lèi),防止系統中無(wú)機鹽的積累,是印染廢水深度處理中具有前景的一項技術(shù)。然而,膜處理 工藝的成本較高,且膜組件易被污染而縮短其使用壽命。只有通過(guò)控制并降低膜污染來(lái)延長(cháng) 膜壽命,從而降低成本,膜分離技術(shù)在印染廢水深度處理中才會(huì )得到更加廣泛的應用。 2.1.3 高等氧化深度處理技術(shù) (1)化學(xué)氧化技術(shù)。在印染廢水深度處理中,O3 和 Fenton 試劑是比較常用的氧化劑。 O3 具有較強的脫色作用,雖然對 COD 的去除效果很小,但是可以改變廢水的 B/C,從而提 高廢水的可生化性。盧寧川等〔5〕采用 O3 氧化對印染廢水進(jìn)行處理,結果發(fā)現: COD 的 去除率為 72%,而色度降低了 94%。郭召海等〔6〕研究了 O3 對色度去除和 B/C 的影響,發(fā) 現臭氧的投加量為 15 mg/L 左右時(shí),色度的去除率可以達到 70%,B/C 也提高了一倍多。O3 氧化的主要優(yōu)點(diǎn)是設備簡(jiǎn)單緊湊、占地面積小、容易實(shí)現自動(dòng)化控制;主要缺點(diǎn)是處理成本 高,不適合大流量廢水的處理。 Fenton 試劑是由 H2O2 和 Fe2+復合而成的氧化劑,在酸性條件下產(chǎn)生的·OH 具有極強 的氧化作用,特別適合處理成分比較復雜的染料廢水。姜興華等利用 Fenton 試劑對印染廢 水進(jìn)行深度處理,結果發(fā)現:pH 2~3,H2O2 用量 3.2 mL/L,鐵炭體積比 1∶1,反應時(shí)間 90 min 時(shí),出水 COD 去除 90%以上,色度降低 99%,鹽度降低 64%,回用水水質(zhì)指標均達到 了回用要求。史紅香等〔8〕也對 Fenton 試劑處理印染廢水進(jìn)行了研究,獲得了類(lèi)似的結 果。Fenton 氧化對 COD 和色度具有較強的去除能力,但是鐵離子的存在可能會(huì )影響水的顏 色,而且反應的 pH 較低,可能對其他處理工序有影響。 (2)光催化氧化技術(shù)。利用強氧化劑在 UV 輻射下產(chǎn)生具有強氧化能力的·OH 來(lái)處理 廢水,具有低能耗、無(wú)二次污染、氧化徹底等優(yōu)點(diǎn),最常用的有 UV/Fenton、UV/O3、UV/H2O2 等。光催化研究較多的還有以光敏化半導體為催化劑,其中 TiO2 光催化劑應用最廣,且處 理效果更好。TiO2 在光輻射下,其價(jià)帶上會(huì )產(chǎn)生電子空穴(h+)對,TiO2 表面吸附的有機 物被具有強氧化性的 h+活化、氧化而降解。馮麗娜等〔9〕采用了 TiO2/活性炭負載體系對 某印染廠(chǎng)的二級處理出水進(jìn)行處理,進(jìn)水 COD 在 300 mg/L 左右,在奇佳反應條件下,出水 COD 降到 50 mg/L,色度降為 2 倍,研究表明:利用活性炭的吸附性能,有助于解決 TiO2 的 流失、分離和回收問(wèn)題,提高光催化劑的處理效果。但廢水本身的透光性和光利用率制約著(zhù) 光催化技術(shù)在廢水處理工業(yè)中的應用。 (3)電化學(xué)氧化技術(shù)。在外加電場(chǎng)作用下,在特定反應器內,通過(guò)一定化學(xué)反應、電 化學(xué)過(guò)程或物理過(guò)程,產(chǎn)生大量的自由基,利用自由基的強氧化性對廢水中的污染物進(jìn)行降 解的過(guò)程。電化學(xué)技術(shù)具有易控制、無(wú)污染或少污染、高度靈活等特點(diǎn)。 M. Kennedy〔10〕指出電化學(xué)方法對印染廢水的脫色非常有效,當電化學(xué)反應器中廢水 主流區 Fe2+質(zhì)量濃度為 200~500 mg/L 時(shí),色度去除率達到 90%~98%,COD 和 BOD 去除率分 別達到 50%和 70%。但這種可溶性電極氧化法的電極消耗過(guò)大,故新型電極的開(kāi)發(fā)就成為研 究的熱點(diǎn)之一。賈金平等〔11〕利用活性炭纖維與鐵的復合電極降解多種模擬印染廢水,取 得了較好的結果。雷陽(yáng)明等〔12〕以 PbO2/Ti 為陽(yáng)極處理模擬印染廢水,色度和 COD 去除 率極高可達 99.5%和 78.6%。 2.1.4 高效生物處理技術(shù) 印染廢水二級出水污染物可生化性不高,生物降解有一定難度,生物法的重點(diǎn)在于開(kāi)發(fā) 強化生物技術(shù)的新型生物反應器,以進(jìn)一步去除 COD 和色度。 (1)曝氣生物濾池(BAF)。印染廢水經(jīng)二級生化處理后,水中 COD 及 BOD 相對較低, 曝氣生物濾池填料上生長(cháng)的貧營(yíng)養微生物如假單胞菌、芽孢桿菌等,比表面積較大,對廢水 中的有機物有較強的親和力。周鋒〔13〕研究了 BAF 處理印染廢水的二級出水,水解酸化+ 好氧工藝后增加 BAF 深度處理工藝,當進(jìn)水 COD<200 mg/L,水力負荷 1.0~2.0 m3/(m2·h), 氣水比為(2~3)∶1 時(shí),出水 COD 去除率在 50%以上,達到一級排放標準。曝氣生物濾 池中生物濃度和有機負荷高,處理效果穩定,出水水質(zhì)好。濾池中的濾料粒徑越小處理效果 越好,但是小粒徑又會(huì )使工作周期變短,濾料不易清洗,相應的反沖洗水量也會(huì )增加。因此 選用合適的濾料粒徑是充分發(fā)揮曝氣生物濾池功能的關(guān)鍵。 (2)移動(dòng)床生物膜反應器(MBBR)。MBBR 是一種新型的生物膜反應器。微生物在反應 器內的填料上富集,填料懸浮于反應器內并隨著(zhù)混合液流動(dòng),因此氣、水、填料三者能夠在 反應器內充分接觸,氧的利用率和有機污染物的傳質(zhì)效率高,且生物膜的活性較高,老化的 生物膜易從填料表面脫落。MBBR 還具有不需要反沖洗、抗沖擊負荷強、出水水質(zhì)穩定等優(yōu) 點(diǎn)〔14〕。 目前關(guān)于用 MBBR 工藝處理印染廢水的研究不多?;籼颐贰?5〕發(fā)現 MBBR 深度處理印 染廢水時(shí)對 COD 及氨氮兩項指標有良好的去除效果。進(jìn)水 COD 由 200 mg/L 左右降到 50 mg/L 以下,氨氮由 10 mg/L 降到 2 mg/L 以下,但色度去除率僅為 25%。 印染廢水中有機污染物品種較多,生物填料上的多菌種體系有較大的降解能力,所以 MBBR 作為深度處理工藝對有機物濃度較低的二級生化處理出水具有很大的優(yōu)勢。未來(lái)可以 將 MBBR 在印染廢水深度處理中的研究和應用作為一個(gè)發(fā)展方向。 (3)膜生物反應器(MBR)。膜生物反應器集膜分離與生物降解于一體,可去除廢水中 大部分殘余的 COD、色度和所有的 SS。而后通過(guò) NF(RO)工藝進(jìn)一步處理,去除大部分鹽 度,出水水質(zhì)一般能達到回用水要求。戴舒等以回用為目的,采用由好氧反應器和超濾膜組 成外置式 MBR 結合納濾膜處理印染廢水,結果表明:系統 COD、色度和濁度的去除率均達到 99%,電導率去除率 97%。P.Schoeberl 等先采用 MBR 和 NF 結合處理印染廢水,出水水質(zhì) 全部滿(mǎn)足回用水指標,但是考慮到技術(shù)難度和高額的經(jīng)濟成本,而后用 UF 代替 NF 同樣取 得較好的效果。MBR 的優(yōu)點(diǎn)在于工藝流程短、占地面積少、出水水質(zhì)穩定;缺點(diǎn)和膜分離技 術(shù)類(lèi)似,主要是膜污染導致的膜壽命短、成本高和電耗高。 2.2 印染廢水深度處理回用集成工藝 2.2.1 傳統技術(shù)組合工藝 由于印染廢水水質(zhì)復雜,廢水回用只靠單一技術(shù)難以實(shí)現,因此需要將各種方法有機結 合起來(lái),采用組合工藝進(jìn)行綜合處理。Xiaojun Wang 等〔18〕采用臭氧聯(lián)合生物法處理印 染廢水,臭氧氧化后廢水 B/C 由 0.18 提高到 0.36,COD 和色度的去除率也都有一定的提 高。黃瑞敏等〔19〕采用混凝脫色—曝氣生物濾池—離子交換組合工藝處理針織棉布染色廢 水,出水色度去除至 10 倍以下,COD<20 mg/L,SS 低于 2 mg/L,濁度低于 3 NTU。郭召 海等〔6〕研究了 O3 氧化和生物濾池組合工藝處理印染廢水的效果,發(fā)現 O3-生物濾池組 合技術(shù)很好地發(fā)揮了化學(xué)氧化、吸附和生物降解的協(xié)同作用,且具有運行成本低、不產(chǎn)生濃 縮液和剩余污泥少等優(yōu)點(diǎn)。單一技術(shù)用于深度處理,難以同時(shí)解決脫色、降 COD 和除鹽等 問(wèn)題,將各種單一技術(shù)進(jìn)行有機結合,能得到較好的處理效果,還能保證充分發(fā)揮各技術(shù)的 優(yōu)勢,提高污染物去除率。 2.2.2 膜技術(shù)與傳統技術(shù)的集成工藝 印染廢水成分復雜,如選用膜技術(shù)處理印染廢水,必須選擇合適的前處理工藝來(lái)阻止廢 水中的膠體、有機質(zhì)、懸浮物等對膜造成污染。A. Bes-Piá 等〔20〕 采用 O3 與 NF 結合 的工藝對經(jīng)生化處理后的印染廢水進(jìn)行處理回用,以 O3 來(lái)氧化引起膜污染的有機物質(zhì),出 水的各項指標可以達到回用標準。M. Marcucci 等〔21〕針對生產(chǎn)車(chē)間的直排廢水進(jìn)行物化 預處理后,利用絮凝沉淀、O3 氧化和 UF 進(jìn)行后續深度處理,整個(gè)工藝過(guò)程色度去除率為 93%,COD 去除率為 66%。膜的污染問(wèn)題限制了膜技術(shù)在印染廢水處理中的應用,采用 O3 氧 化等預處理手段來(lái)控制膜污染,從而增加膜的使用壽命,降低處理成本,是未來(lái)印染廢水深 度處理的一大趨勢。 2.2.3 集成膜處理回用工藝 國外很多研究證明,將不同的膜分離技術(shù)結合,構成集成膜工藝,是印染廢水深度處理 的一個(gè)重要方向。M. Marcucci 等〔21〕對經(jīng)砂濾、UF 處理后的印染廢水,再用 NF 或 RO 進(jìn) 行深度處理。實(shí)驗證明:NF 或 RO 作為深度處理方案是可行的,RO 出水可回用于任何印染 工序,NF 在脫鹽和去除礦物質(zhì)方面不如 RO,但運行成本低于 RO。 浙江至美環(huán)境開(kāi)發(fā)了“臭氧催化氧化+CMF+ RO”深度處理工藝,并建成 1 500 m3/d 的 印染廢水膜法處理回用示范工程。O3 催化氧化系統主要用于去除水中難生化降解有機污染 物的 COD 和色度,去除率分別可達 30%~40%和 90%以上。臭氧催化氧化出水進(jìn)入連續超微濾 (CMF)系統,出水水質(zhì)穩定,COD 穩定在 40 mg/L 左右,濁度<0.4 NTU,污染指數(SDI) <3。再經(jīng)反滲透處理后,出水 COD<10 mg/L,電導率<10.5 μS/cm,SS 和色度均為 0, 滿(mǎn)足推薦的高等回用水水質(zhì)標準。整個(gè)工藝通過(guò)分質(zhì)處理、分級分質(zhì)回用,廢水回用率達到 總處理水量的 75%以上。 這些研究都表明了未來(lái)廢水深度處理技術(shù)的發(fā)展方向,即充分利用多種工藝技術(shù)集成, 提高廢水處理程度,達到廢水循環(huán)回用是最終目標。 3、結語(yǔ)和展望 印染廢水已經(jīng)對我國水環(huán)境構成嚴重威脅,隨著(zhù)人們環(huán)保意識的增強,印染廢水深度處 理和回用越來(lái)越受到政府的關(guān)注。針對印染廢水深度處理的單一技術(shù)較多且各具優(yōu)缺點(diǎn),但 均難以達到排放及回用標準,要根據印染廢水水質(zhì)的特點(diǎn),合理選擇和優(yōu)化組合處理工藝。 膜分離技術(shù)是印染廢水深度處理的一個(gè)重要研究方向。未來(lái)研究可以在單元技術(shù)改進(jìn)的基礎 上,包括生化、物化處理效果的提高、難降解有機物處理技術(shù)的改進(jìn)和膜組件污染的控制等, 而后形成一套出水滿(mǎn)足回用水水質(zhì)標準、回用率高且運行高效經(jīng)濟的印染廢水回用集成技 術(shù)。
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