废水回用

废水回用在国外起步较早,回用规模很大,具有明显的经济效益。

我国是水资源短缺和水污染比较严重的国家之一,随着水资源危机的加剧,如何在印染各工序减少污染物的排放量,在废水治理中使用清洁生产技术,并实现废水处理后的回用,这对缓解水资源危机、维持印染行业的可持续发展具有重大的现实意义和经济意义。

本文针对现阶段印染废水回用的特点,主要论述了传统的处理回用工艺、高新技术、回用现状和现阶段存在的问题,并展望了印染废水回用的发展方向。

1印染废水回用的意义我国是纺织印染业的第一大国,印染行业因其用水过程即是污染过程,印染加工过程使用大量化学药剂和染化料,使其废水内含多种有毒、有害物质,其能耗大、污染大,对我国水环境产生的压力不容小觑。

每年需消耗近亿吨的工业用软化水,由此而造成的生态及经济损失是不可估量的。

为满足未来对印染行业水资源的需求,加强对现有水资源的保护、管理与使用,提高水重复利用率和开发新水源,采用污水再生与回用(污水资源化)的方式,可大大缓解水资源供需矛盾,减少污水的排放量,减轻对现有水源的污染。

许多国家和地区把污水经过适当的处理作为新水源,应用于工农业生产和城市建设等领域,使水资源的供需矛盾得到缓解。

其中,印染废水经过深度处理后,可回用于印染行业的前处理工序、染色工序、后整理工序等,甚至可以用于工厂其他杂用水,如冲厕、浇花、洗车、冲地等,这对现阶段节能减排、保护环境的形势要求十分有利,意义深远。

2印染废水回用的特点与标准国内外对印染废水的回用有较多的研究,从目前研究及应用的情况看,国内印染废水的回用有以下特点[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;水的回用率较低,一般在20%左右,主要回用于水质要求不太高的前道工序;长期回用后对产品质量及污水处理系统的影响研究不多。

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、染色和印刷而造成纺织品色调的差异;某些染料遇硬水会发生沉淀;练漂加工或漂洗时色度和纯净度差的水,易使漂后织物发黄等等。

因而对色度、浊度、硬度、铁盐及pH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[2~4]。

通常,废水处理设施的出水水质情况直接影响回用水的质量,一般要求应达到《纺织染整工业水污染物排放标准》一级标准,至少要优于二级标准。

废水处理设施的出水水质要求:pH值6~9,SS≤70 mg/L,TDS≤300 mg/L,硬度≤30 mg/L,色度(稀释倍数)≤50倍,CODCr≤120 mg/L,硫离子≤4 mg/L。

在各类印染产品的染色和印花过程中,水质的优劣直接影响到生产过程中染料和助剂的消耗量,也直接影响到产品的质量,这给回用处理提出了较高的要求,各项水质指标都必须控制在用水指标要求之内,所以回用处理必须具有强有力的措施才能达到要求。

染色用回用水水质标准为:色度≤25,COD(Mn)≤20,总硬度(CaCO3计)≤450 mg/L,透明度≥30 cm,pH值6~9,SS≤30 mg/L,铁为0.2~0.3 mg/L,锰≤0.2 mg/L。

3印染废水回用技术3·1传统方法和工艺的改进3·1·1吸附法吸附法特别适合低浓度印染废水的深度处理,目前用于水处理的吸附剂有活性炭、硅藻土、二氧化硅、活性氧化铝、沸石、纤维球过滤等。

近几年,研究的重点主要在开发新的吸附剂以及对传统的吸附剂进行改良方面,如:Ramakrishna K R等[5]研究了有机膨润土和泥煤对染料的脱色效果,冯雄汉等[6]研究了复合改性膨润土,这对吸附法处理并回用印染废水起到至关重要的作用。

3·1·2混凝法混凝法因其具有投资费用低、设备占地少、处理容量大、脱色率高等优点,至今仍是我国中小型印染企业普遍采用的废水处理回用方法。

传统混凝法对疏水性染料脱色效率很高,缺点是需随着水质变化改变投料条件,对亲水性染料的脱色效果差,COD去除率低。

此外,生成大量的泥渣且脱水困难也是限制该方法广泛应用的主要原因之一。

如何选择有效的混凝脱色工艺和高效的混凝剂,则是该技术对处理回用的关键。

3·1·3化学氧化法化学氧化是目前研究较为成熟的方法。

氧化剂一般采用Fenton试剂(Fe2+,H2O2)、臭氧、氯气、次氯酸钠等。

按氧化剂和氧化条件的不同,可将化学氧化分为:臭氧氧化法和芬顿试剂氧化法。

汪晓军等[7]用臭氧-曝气生物滤池工艺处理模拟废水,工艺简单,投资费用低。

Ipek Gulkaya等[8]指出利用少量的Fenton试剂处理印染废水后,然后再进行生物降解处理,可以经济有效地达到排放标准,这些都为进一步的处理回用提供理论依据。

3·1·4电化学法电化学法处理印染废水机理是利用电解氧化、电解还原、电解絮凝或电解上浮等作用破坏分子的结构或存在状态而脱色。

国外许多研究者从研制高电催化活性电极材料着手,对有机物电催化影响因素和氧化机理进行了较系统的理论研究和初步的应用研究,如:Fockedey E.等[9]采用三维电极处理苯酚废水,Y aXiong等[10]设计了一种三相三维电极电化学反应器。

国内在这一领域的研究还刚刚起步,利用该技术进行印染废水处理回用尚少见报道。

3·1·5生物处理法生物处理法主要包括好氧法和厌氧法。

目前国内主要采用好氧法进行印染废水处理。

好氧法又分为活性污泥法和生物膜法。

活性污泥既能分解大量的有机物质,又能去除部分色度,还可以微调pH值,运转效率高且费用低,出水水质较好,适合处理有机物含量较高的印染废水;生物膜法对印染废水的脱色作用较活性污泥法高。

Mustafam Isik等[11]用不间断的好氧-厌氧方法处理酸性染料废水,取得了很好的效果,并可后续处理回用。

3·2高新技术的应用和实践3·2·1光化学氧化法光化学氧化法具有反应条件温和(常温、常压)、氧化能力强和速度快等优点。

光化学氧化可分为光分解、光敏化氧化、光激发氧化和光催化氧化四种。

在上述四种方法中,目前研究和应用较多的是光催化氧化法。

光催化氧化应用于废水治理回用领域,始于20世纪80年代后期,由于该技术能有效地破坏许多结构稳定的生物难降解的有机污染物,与传统的水处理技术中的以污染物的分离、浓缩以及相转移为主的物理方法相比,具有明显的节能高效、污染物降解彻底等优点,几乎所有的有机物在光催化作用下可以完全氧化为CO2、H2O等简单无机物,其出水大都可以简单处理并回用。

赵帆等[12]利用“无极紫外光催化氧化+活性炭吸附催化氧化”的组合工艺处理高温印染废水,并可以达到车间回用要求,大大节约了公司的生产成本。

但是光催化氧化方法对高浓度废水效果不太理想.3·2·2膜分离技术膜分离技术处理印染废水是通过对废水中的污染物的分离、浓缩、回收而达到废水处理回用目的。

膜分离技术不需投加化学试剂,在处理过程中也不产生新的化学物质,不产生二次污染;处理过程简单,操作方便,可在常压下进行,能耗低;可从废水中回收有用的盐类和部分染料,使之循环使用;处理后的废水可直接回用,减少了废水排放量。

Jian-Jun Qin等[13]运用纳米膜处理印染废水,染料的去除率达99.1%,且70%的印染废水可以得到回用。

3·2·3超声波技术利用超声波可降解水中的化学污染物,尤其是难降解的有机污染物。

它集高级氧化技术、焚烧、超临界水氧化等多种水处理技术的特点于一身,降解条件温和、降解速度快、适用范围广,可以单独或与其它水处理技术联合使用来到达对印染废水深度处理回用的目的。

Ge.J等[14]认为超声波的引入能够有效加快染料的脱色和矿化速率。

目前超声技术在水处理上的研究已取得了较大的成果,但绝大部分的研究都还局限于实验室水平上。

3·2·4高能物理法高能物理法是一种新的水处理技术,高能物理法处理印染废水具有有机物的去除率高、设备占地小、操作简单、用来产生高能粒子的装置昂贵、技术要求高、能耗大、能量利用率不高等特点。

若要真正投入实际运行并进一步处理回用,还需进行大量的研究工作。

4印染废水回用存在的问题国内外对印染废水处理回用的研究尽管有几十年了,但是其在实际工程的应用中,仍然存在不少亟待解决的问题,主要有以下几个方面[15]。

4·1有机物的积累因污水处理系统不可能将污染物全部去除,如回用水长期循环使用,这部分难以去除的污染物会在循环系统中积累一定程度后,使污水处理系统无法正常运行。

4·2无机盐的积累在纺织物的生产过程中会加入大量的无机盐类物质,如碳酸钠、小苏打(碳酸氢钠)、多聚磷酸钠、食盐(氯化钠)、元明粉(硫酸钠)、保险粉(连二硫酸钠)等,使用后基本都转移到废水中,是废水的主要污染物,导致回用水中无机盐的浓度越来越高。

4·3浓缩物的处理随着技术的进步,膜分离技术的不断开发是未来废水深度处理回用的重要方向。

但目前膜技术投资和运行费用高,易发生堵塞,需要高水平的预处理和定期的化学清洗,而浓缩物的处理问题,仍是制约其广泛应用的主要原因。

4·4效益分析一般来讲,印染废水深度处理回用费用比常规处理高,对于用水量较小的工厂不太合适,对于用水量大的工厂就显示出其优势,并能为企业带来经济效益和环境效益。

4·5可生化性降低随着新型化学纤维、仿真丝、印染整理技术的发展,聚乙烯醇PV A、染料、新型助剂等难生物降解有机物大量进入印染废水,使废水的可生化性进一步降低,这些因素也影响到废水的回用。

5印染废水回用的发展方向5·1重视推广综合治理企业在选择印染废水的深度处理回用工艺时,应本着清洁生产的理念,结合自身情况,从源头预防开始,尽量以废治废、综合治理,进一步削减和降低污染物的排放。

如:是伟元[16]对印染废水进行综合治理,包括改进生产工艺设计、设备的选型、染化药剂的筛选、残浆残液的集中处理、冷凝水基本回用、用锅炉水膜除尘作预处理、部分水经三级处理直接回用等等。

5·2不断优化废水回用方案废水回用方案的优化包括水质优化和水量优化。

实践证明,多种组合方案处理后的回用水用于水质要求相对较低、且用水量较大的杂用水,或者部分冷却水及印染前工序用水(如退浆、煮练、氧漂、丝光等)都是完全可行的。

若要用于水质要求较高的后工序(如打底、皂洗等),既要保证更加严格的深度处理,又要考虑将新鲜水与回用水定量配比混合使用。

6结语随着水资源危机的加剧和人们对环保的日益重视,从印染行业各工序着手实行清洁生产,减少污水末端治理负荷,并在废水处理过程中开发出经济有效的清洁生产技术,避免产生二次污染,实现废水资源化,将是今后废水处理回用的一个发展方向,也是印染行业维持可持续发展必不可少的条件。