纺织印染工业从 20 世纪 90 年代得到了迅猛发展.docx

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纺织印染工业从20世纪90年代得到了迅猛发展

郑州大学

2010级化工环保概论论文

院系：

化工与能源学院

专业：

化学工程与工艺

班级：

一班

姓名：

裴非

学号：

20100380116

任课老师：

万亚珍

印染废水处理技术现状

随着我国经济的迅猛发展，印染行业也呈现了前所未有的快速发展局面，。

然而，纺织行业产生的废水量也增大到年排放量9亿多吨，其中印染废水排放量占纺织行业废水排放量的80%。

为解决印染废水达标排放问题，涌现了一批印染废水处理传统工艺，如吸附法、电化学法和好氧/厌氧生物法等。

然而，随着染料助剂如聚乙烯醇（polyxinylalcohol，PVA）等化学原料的广泛应用，印染废水的处理难度越来越大。

因此，近年来出现了一些印染废水处理新兴技术，如超声波技术和临界水氧化技术等。

本文在分析印染废水水质特征的基础上，介绍了印染废水处理传统工艺和新兴技术的特征和发展趋势。

关键词：

印染废水；传统工艺；发展趋势；

1、印染废水现状

印染废水是纺织工业生产过程中所产生的主要污染物，具有生化需氧量（BOD）高、色度高、pH值高、难生物降解、多变化的“三高一难一变”特点。

另外，还具有碱性大、毒性大、水量大、水质变化大等特点，其中有毒、有害的污染物还会在动植物体内积累起来，不易排出，毒性比原水中浓度增加几倍，甚至几千倍［1］。

据不完全统计，国内印染废水每天排放量为3×106～4×106m3，占全国工业废水总排放量的35%，并以1%的速度逐年增长［2］。

有关研究表明，每生产1t染料，将有0.02t的产品随废水流失，而印染过程中损失更大，为所用染料的0.1t左右，严重污染水环境。

如何促进印染行业的可持续发展，实现其经济效益与环境保护的双赢，已成为印染企业和研究专家的共同目标。

本文介绍近年来国内外对印染废水的物理化学及生物处理方法。

2印染废水处理技术现状及经济可行性分析

2.1物理法

2.1.1吸附法

吸附法是物理法中应用最多的一种。

该方法是将吸附剂与废水混合，使废水中的污染物质被吸附除去。

常用的吸附剂包括可再生吸附剂（如活性炭、离子交换树脂或纤维等）和不可再生吸附剂如工业废料（煤渣、粉煤灰）、天然矿物（膨润土、硅藻土）、天然废料（木屑、铁屑）。

吸附法是采用吸附剂吸附水中的污染物，可去除色度、悬浮物、胶体及溶解性有机物。

在印染废水处理中所用的吸附剂主要有活性炭、焦炭、硅聚合物、硅藻土、高岭土和工业炉渣等。

不同吸附剂对染料有选择性，影响吸附的条件有温度T、接触时间t和pH值等。

据报道采用锯木屑经弱酸水解再经焦化后制成吸附剂，可以用来处理多种废水[3]。

其优点为：

不需投加任何药剂，无污泥。

缺点为：

吸附剂容易饱和，处理效果随时间的延长而下降；吸附剂的再生或更换较麻烦、费用较高，再生废液以及饱和废弃的吸附剂容易造成二次污染。

开发高效廉价的吸附剂是吸附法的研究方向

Armai等［4］对活性炭吸附模拟染料废水进行了研究,考察了活性炭投加量，实验选取阴离子染料———直接蓝78和直接红31为模式污染物。

’

2.1.2膜分离法

膜分离法是指当液体通过一种特殊的、具有选择透过性膜，进而起到浓缩和分离纯化的作用。

目前用于印染废水处理的膜分离技术主要包括反渗透（RO）、超滤（UF）、纳滤（NF）等。

早在20世纪70年代，美国J.J.Porer和C.A.Brando等就采用纤维膜对8种染料的回收和再利用进行了试验，结果表明，色度去除率大于99%，COD去除率均在92%以上[5]。

曾杭成利用超滤膜和BW30、CPA2两种反渗透膜对印染废水进行对比研究，结果表明，超滤膜作为预处理可有效去除大分子有机物和浊度，BW30、CPA2两种反渗透膜对有机物的去除率均可达99%以上，对盐的去除率均可达93%以上，但BW30的膜通量小于CPA2。

余跃等利用纳滤膜对印染废水进行处理，结果表明，其对色度和COD的去除率分别为99.5%和90%以上。

且膜通量随着压力的增大而增大，当温度为20～30℃，pH较低时，膜通量较高。

2.1.3膜分离技术

膜分离技术，是利用有选择透过性的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离提纯的新型技术。

JaewookLee等［6］采用絮凝和膜处理的耦合工艺分别处理了橘黄16以及黑5两种染料，发现这种耦合工艺对以上两种染料的脱色率均可达到99.9%的。

膜分离法具有无相变，节能易控、无需投加化学药品等优点。

但它在使用中会产生难处理的浓缩液且膜成本较高易污染。

如今常将膜分离技术与生物处理技术相结合处理废水，即MBR技术。

MBR提高了污泥浓度，延长了难降解物质的停留时间，强化了处理效果。

但MBR技术仍存在能耗高、清洗难等问题。

2.2化学法

2.2.1混凝法

混凝法是处理印染废水的常用化学方法。

混凝法是向废水中投加混凝剂，使废水中呈细微状、不易沉降的污染物，聚集成较大颗粒以便分离。

常用混凝剂可分为无机混凝剂和有机混凝剂两类。

在印染废水处理中主要用的絮凝剂包括铝盐和铁盐，此外还有镁盐

化学混凝法是处理印染废水的常用方法,曾被认为是最有效、最经济的脱色技术之一[7]。

混凝就是在混凝剂的离解和水解产物作用下，使水中的胶体污染物和细微悬浮物脱稳并凝聚为具有可分离性的絮凝体的过程，其中包括凝聚和絮凝两个过程，统称为混凝[8]。

在废水中投加混凝剂可以达到降低或消除ξ电位的目的，从而降低或消除胶粒间的排斥能峰，使胶粒碰撞结合。

影响印染废水混凝效果的因素主要是水温、pH值和染料品种。

印染废水的水温一般比较高，可加速无机盐类混凝剂的水解过程，对混凝过程有利。

pH值可通过人工调节来满足。

因此，染料品种成为影响混凝效果的主要因素，也是选择混凝剂的主要依据。

如何选择高效的混凝剂和有效的混凝工艺是该技术的关键。

混凝法的主要优点是一次性投资较低；操作管理技术要求不高；针对不同水质选用合适的絮凝剂，其处理效果和处理成本均可控制在适当的水平。

缺点为：

对于某些废水，可能存在加药量大或絮凝剂昂贵的情况，导致运行成本偏高适用范围窄，对可溶性的有色污染物质脱色效果差；产生大量化学污泥，对污泥的处理和处置进一步增加了运行成本及操作管理的难度，且容易造成二次污染；占地面积较大[9]。

2.2.2　氧化法

在印染废水处理中化学氧化法常用臭氧氧化法和芬顿试剂氧化法。

该方法将染料发色基团氧化，使其破坏进而脱色。

主要用于高浓度、高色度的印染废水。

氧化法是染料分子中发色基团的不饱和键在氧化剂的作用下断开,形成小分子量有机物或无机物。

氧化法包括化学氧化、光催化氧化和超声波氧化。

化学氧化法技术成熟,成功应用范例多,氧化剂多采用芬顿试剂（Fe2+-H2O2）、臭氧、含氯氧化剂等。

光催化氧化法是在紫外光作用下产生自由基、氧化染料分子而实现脱色,研究多以TiO2光催化氧化法为主,成功应用少。

超声波法是超声波在废水中产生局部高温、高压、高剪切力,将易挥发有机物热解除去;难挥发有机物则通过与水分子裂解产生的高活性自由基·OH和强氧化剂H2O2发生氧化反应而被降解。

2.2.3　还原法

还原法使用的原料主要是铁屑。

储金宇、光建新研究了铁屑还原法降解高浓度印染废水,铁屑为机械加工产生的废料,且消耗量少;所用活性炭电极为不溶性电极,因而运行消耗成本可以忽略。

铁屑还原法能明显地提高废水的BOD5/COD值,增加了印染废水的可生化性,因而广泛用作生化工艺的预处理。

2.2.4　电化学法

电化学法是利用电解作用,把水中的污染物去除或把有毒物转化为无毒或低毒物[24]。

A．G．Vlyssides等［10］对印染废水采用电化学法处理，去除率分别达到COD为86.0%，ADMI色度为100%。

电解法的优点有:

降解彻底，处理电化学法具有设备小、占地少、运行管理简单、COD去除率高且脱色效果好的优点。

2.2.5光催化氧化法

光催化技术是一种新型复合纳米功能材料技术，该技术被认为是最有发展前景的技术［11］。

光催化剂纳米粒子在一定波长的光线下受激生成电子空穴对，将氧还原成活性离子氧，使催化剂表面吸附的羟基自由基具备极强的氧化－还原作用。

目前，TiO2等半导体材料是普遍使用的催化剂，罗浩等［12］利用TiO2为光催化剂，高压汞灯为光源对印染废水进行了光催化降解的研究，得出在最佳的反应条件下:

COD去除率为84．3%，脱色率为89．6%。

光催化氧化技术具有以下优点:

反应条件温和，操作条件易控;有机物氧化彻底，COD去除率高;可利用太阳光，节约能源。

但该法存在着催化剂效率低，易失活等问题。

2.3生物法

生物法利用微生物酶来氧化或还原有机物分子,通过一系列生命活动,将废水中有机物降解成简单无机物或转化为各种营养物及原生质。

生物法运行成本低,处理效果稳定,在印染废水处理中应用广泛。

常用印染废水生物处理方法有厌氧法、好氧法、厌氧好氧组合法。

2.3.1　好氧法

好氧法是在有氧条件下,利用好氧微生物（包括兼性微·42·生物）的作用来去除印染废水中的有机物。

张雷[13]采用前端絮凝脱色,后端好氧+厌氧工艺处理印染废水,COD和色度的去除效率可稳定在95%和90%以上,出水水质稳定达标排放。

崔红涛[14]认为好氧生化法是继物化法处理废水基础上比较成熟的染化污水处理方法。

活性污泥法、生物滤池、生物转盘、氧化沟、生物塘和膜生物反应器（MBR）等都属于废水好氧生物处理法[15-16]。

工程调试是好氧生化法的主要工程内容之一,在不同的地区、不同的环境下存在很大的差异。

随着工程技术的不断发展,好氧生化污水处理技术必将越来越完善。

2.3.2　厌氧生物处理法

厌氧生物法同时适用于处理高浓度和中、低浓度有机废水,对染料中的偶氮基、蒽醌基和三苯甲烷基均可降解[17]。

由于厌氧生物法的出水水质一般达不到排放标准,因而通常将其与好氧生物法串联使用[13-14]。

2.3.3　厌氧好氧生物处理法

厌氧-好氧组合处理工艺中,难降解染料分子及其助剂在厌氧菌的作用下水解、酸化而分解成小分子有机物,再被好氧菌分解成无机小分子。

安徽省蚌埠市染化公司染料废水、中石化南京化学工业有限公司染料中间体苯胺废水均采用水解酸化-厌氧-好氧组合工艺,厌氧段采用三相分离反应器UASB,好氧段采用SBR工艺。

组合工艺按缺氧、厌氧、好氧过程进行,抗负荷与毒物冲击能力强,可以实现高浓度进水、高容积负荷和高有机物去除率,在处理高浓度印染废水方面效果明显。

2.4新兴技术

为了顺应印染废水成分越来越复杂，排放标准要求越来越高的现状，近年来兴起一些新技术，主要有:

超声波技术，湿式空气氧化法（WAO），临界水氧化法（SCWO），生物强化技术和固定化微生物技术等。

2.4.1超声波技术

超声波技术虽已在众多领域得到广泛应用，但对于废水处理的研究还处于探索阶段。

超声波技术对印染废水的处理摆脱了传统的物理法效率较低，易二次污染的缺点。

超声波技术处理难降解有机物的原理主要是利用超声波的空化效应［18］。

研究人员常利用超声波技术与其他技术的联用来处理印染废水，如孙海波［19］利用超声电化学技术，对染料废水进行了处理，最终脱色率和COD去除率均达到99.0%以上。

超声波技术可调控反应速度、改变反应途径并改善反应条件，具有良好的应用前景。

但该技术缺点是能量利用率低，降解发热严重，处理水量小。

2.4.2湿式空气氧化法和超临界水氧化法

湿式空气氧化法（WAO）与超临界水氧化法（SCWO）属于高级氧化技术，相比较传统的化学氧化方法，其不需投加药剂或者催化剂。

WAO是在液相中通入空气（T:

175～350℃，P:

2067～20670kPa）使有机物被氧化。

SCWO是在水的超临界状态下（T＞373.85℃，P＞22.1MPa），使难降解有机物发生强氧化反应。

近年来，在WAO中加入催化剂，提出了SWAO。

WAO和SCWO具有以下优点:

无二次污染、无需供热、占地面积少。

该法的缺点是:

操作条件苛刻，易造成腐蚀;可能产生有毒中间物;投资和运行费用均较高等［20－23］。

2.4.3生物强化技术与固定化微生物技术

针对生物处理技术对废水色度去除效果不佳、占地面积大、投资费用高等缺点，生物强化技术与固定化微生物技术应运而生。

生物强化技术是在系统中投加以目标污染物为唯一碳源和能源的功能菌的生物处理技术。

固定化微生物技术是将微生物固定在载体上以提高生物密度的生物技术。

RuofeiJin等［25］利用基因工程菌对染料废水进行处理，染料去除率达到81.73%。

生物强化技术与固定化微生物技术具有处理效率高、抗毒性强、污泥产量少等优势。

但现今功能菌的长效性和安全性是该技术发展的两大难题［26－27］。

3发展趋势

面对我国印染行业迅速发展，印染废水成分越来越复杂的现状，原有的物理法，化学法以及生物法等传统技术已日渐显得“力不从心”。

若将各技术协同处理，扬长避短，有望获取理想的处理效果。

面对新兴技术，应大力引进相关学科领域技术，如基因工程菌培育技术，降低膜成本技术等。

同时，今后宜着力于增强新兴技术的稳定性、高效性和经济性。

4结语

我国印染行业迅速发展，水量增加，水质复杂。

印染废水水量大、有机物含量高、碱性大、水质变化大、色度深、成分复杂，而且随着PVA浆料和新型助剂的使用，大幅增加了废水中难生化降解的有机污染物含量，导致废水可生化性大幅降低。

采用单一处理方法将难以达到要求，因此需综合各种处理方法，系统研究不同方法的有效组合

本文剖析了印染水质特点;阐述了传统工艺中的物理法、化学法、生物法及其相应技术的优缺点;介绍了典型新兴技术中如超声波法、临界水氧化法、生物强化法等技术及其优缺点;结合印染废水特点，点明了传统工艺与新兴技术的传承关系。

最后，展望了未来技术的发展趋势。

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