纺织纺织废水处理工艺及设备

纺织纺织废水处理工艺及设备

纺织工业是中国传统的主枝产业，包括五个部分：纺织、印花、化工、服装和纺织设备的制造。随着国民经济的快速发展,我国的印染业也进入了高速发展期,设备和技术水平明显提升,生产工艺和设备不断更新换代,印染企业尤其是民营印染企业发展十分迅速。但是,印染行业生产过程中排放的“三废”,尤其是废水治理不当将会对环境造成严重污染。纺织印染行业是工业废水排放大户。据不完全统计,我国印染废水每天排放量为300～400万m3。印染废水含有多种染料、浆料、表面活性剂等助剂,具有水量大、有机污染物浓度高、可生化性较差、色度高且多变、碱性大、水质水量变化大、成分复杂等特点,属较难处理的工业废水之一。随着印染工艺和产品结构的改变,印染废水的水质也发生了变化,印染废水的处理难度也随之加大,我们必须不断创新、改进和提高治理工艺水平,选择适用的工艺路线。1纺织印染生产的简要介绍1.1印染工艺的表征印染工艺指在生产过程中对各类纺织材料(纤维、纱线、织物)进行物理和化学处理的总称,包括对纺织材料的前处理、染色、印花和后整理过程,统称为印染工艺。根据产品使用原料的不同可以划分为:棉纺织印染、麻纺织印染、毛纺织染整、丝绸印染和其他印染。1.2使用化学品1.2.1染料在纤维上的应用染色过程中能使纤维获得色泽的物质称为染料。染料一般能直接溶于水或通过化学处理而溶于水,对纤维有一种结合能力(亲和力),并在织物上有一定的色牢度。染料对纤维的染色,包括面很广,而且各种染料对各种纤维的染色情况也各不相同。根据其性质和应用可以分为:直接染料;不溶性偶氮染料;活性染料;还原染料;可溶性还原染料;硫化染料;分散染料;酸性染料;金属络合染料;阳离子染料;媒介染料;酞菁染料;氧化染料;缩聚染料等。1.2.2按常用的溶剂分类染整助剂是能缩短加工周期、提高产品质量、改善产品性能,在染整过程中投加的药剂,主要包括表面活性剂、金属络合剂、还原剂、树脂整理剂和染色载体等,其种类繁多,按其应用可列举以下几类:润湿剂和渗透剂类,乳化剂和分散剂类,起泡剂和消泡剂类,金属络合剂类,匀染剂、染色载体和固色剂类,还原剂、拔染剂、防染剂和剥色剂类,粘合剂和增稠剂类,柔软剂和防水剂类,上浆硬挺整理剂类,树脂整理剂、荧光增白剂类,防静电类,阻燃整理类,羊毛防缩和防蛀类,防霉防臭整理剂类,防油易去污类。2来自印染废水的来源、水质和水量2.1光等工序排放废水印染加工的四个工序都要排出废水,预处理阶段(包括退浆、煮炼、漂白、丝光等工序)要排出退浆废水、煮炼废水、漂白废水和丝光废水,染色工序排出染色废水,印花工序排出印花废水和皂液废水,整理工序则排出整理废水。通常所说的印染废水是以上各类废水的混合废水,或除漂白废水以外的综合废水。2.2cocdr的去除印染废水的水质随采用的纤维种类和加工工艺的不同而异,污染物组分差异很大。印染废水一般具有污染物浓度高、种类多、含有毒有害成分及色度高等特点。一般印染废水pH值为6～10,CODCr为400～1000mg/L,BOD5为100～400mg/L,SS为100～200mg/L,色度为100～400倍。但当印染工艺、采用的纤维种类和加工工艺变化后,废水水质将有较大变化。近年来由于化学纤维织物的发展,仿真丝的兴起和印染后整理技术的进步,使PVA浆料、人造丝碱解物(主要是邻苯二甲酸类物质)、新型助剂等难生化降解有机物大量进入印染废水,其CODCr浓度也由原来的数百mg/L上升到2000～3000mg/L以上,BOD5增大到800mg/L以上,pH值达11.5～12,从而使原有的生物处理系统CODCr去除率从70%下降到50%左右,甚至更低。印染各工序的排水情况一般是:(1)退浆废水:水量较小,但污染物浓度高,其中含有各种浆料、浆料分解物、纤维屑、淀粉碱和各种助剂。废水呈碱性,pH值为12左右。上浆以淀粉为主的(如棉布)退浆废水,其COD、BOD值都很高,可生化性较好;上浆以聚乙烯醇(PVA)为主的(如涤棉经纱)退浆废水,COD高而BOD低,废水可生化性较差。(2)煮炼废水:水量大,污染物浓度高,其中含有纤维素、果酸、蜡质、油脂、碱、表面活性剂、含氮化合物等,废水呈强碱性,水温高,呈褐色。(3)漂白废水:水量大,但污染较轻,其中含有残余的漂白剂、少量醋酸、草酸、硫代硫酸钠等。(4)丝光废水:含碱量高,NaOH含量在3%～5%,多数印染厂通过蒸发浓缩回收NaOH,所以丝光废水一般很少排出,经过工艺多次重复使用最终排出的废水仍呈强碱性,BOD、COD、SS均较高。(5)染色废水:水量较大,水质随所用染料的不同而不同,其中含浆料、染料、助剂、表面活性剂等,一般呈强碱性,色度很高,COD较BOD高得多,可生化性较差。(6)印花废水:水量较大,除印花过程的废水外,还包括印花后的皂洗、水洗废水,污染物浓度较高,其中含有浆料、染料、助剂等,BOD、COD均较高。(7)整理废水:水量较小,其中含有纤维屑、树脂、油剂、浆料等。(8)碱减量废水:是涤纶仿真丝碱减量工序产生的,主要含涤纶水解物对苯二甲酸、乙二醇等,其中对苯二甲酸含量高达75%。碱减量废水不仅pH值高(一般>12),而且有机物浓度高,碱减量工序排放的废水中CODCr可高达9万mg/L,高分子有机物及部分染料很难被生物降解,此种废水属高浓度难降解有机废水。3通常的处理方法是将废水减少印染废水处理常用的方法主要分为两大类:物化法和生化法。3.1化学物理处理物化法是在污水中加入絮凝剂、助凝剂,在特定的构筑物内进行沉淀或气浮,去除污水中的污染物的一种化学物理处理方法。但该类方法由于加药费用高、去除污染物不彻底、污泥量大并且难以进一步处理,会产生一定的“二次污染”,一般不单独使用,仅作为生化处理的辅助工艺。常用的物化处理单元主要有:絮凝沉淀、气浮、吸附、过滤。3.1.1污染物通过颗粒的纳米吸附絮凝沉淀通过加入絮凝剂、助凝剂,使胶体在一定的外力扰动下相互碰撞、聚集、形成较大絮状颗粒,从而使污染物被吸附去除。常用的处理设施有:竖流沉淀池、斜管沉淀池、辐流沉淀池、平流沉淀池等。絮凝沉淀在印染废水处理中常用,一般可去除40～50%的CODcr、60～80%的色度。3.1.2单次最佳处理法气浮是以微小气泡作为载体,粘附水中的杂质颗粒,使其密度小于水,然后颗粒被气泡携带浮升至水面与水分离去除的方法。主要设施有:传统溶气气浮、CAF涡凹气浮、超浅层气浮等。气浮在印染废水处理中常用,一般可去除40～50%的CODcr、60～80%的色度。3.1.3表面活性剂的作用吸附是利用固体表面的分子或原子因受力不均匀而具有多余的能量,当污染物碰撞到固体表面时,受到吸引而停留在固体表面的过程。常用的有:活性炭、硅藻土、树脂吸附剂等。3.1.4膜材充填材料过滤去除化学沉淀和生物过程未能去除的微细颗粒和胶体物质。主要有:各类滤池、各种膜材过滤器等。过滤在印染废水处理中不常用,除非回用水的深度处理或针对某些难降解化合物的处理。3.2印染污水处理生化法是利用微生物的作用,使污水中有机物降解、被吸附而去除的一种处理方法。由于其降解污染物彻底,运行费用相对低,基本不产生“二次污染”等特点,被广泛应用于印染污水处理中。生化处理技术主要分为厌氧和好氧。厌氧包括:水解酸化、UASB等;好氧主要包括:生物膜法、活性污泥法等。3.2.1印染废水中的氧生物反应厌氧技术是在无氧的条件下,由兼性菌及专性厌氧菌降解有机污染物,最终产物是二氧化碳和甲烷。厌氧生物反应通常被划分成两个阶段过程:第一阶段是水解酸化阶段,第二阶段是甲烷发酵阶段。在印染废水处理中常将厌氧控制在水解酸化阶段,来降解废水中部分污染物,同时提高废水的可生化性。即印染废水中常用的水解酸化工艺,一般CODcr去除率为20～40%,色度去除率可达40～70%。3.2.2水和二氧化碳染物的制备好氧技术是由好氧微生物降解污水中有机污染物,最终产物为水和二氧化碳。在印染废水中常用的主要有:活性污泥法、接触氧化法,一般CODcr去除率为55～88%。4印染废水深度处理中生物与微生物的应用进展随着人们对环境质量要求越来越高,印染废水排放标准也越来越严,对于高、中难度处理印染废水,单独的生化或物化处理都难以达到排放要求。目前国内的印染废水处理多采用以生化法为主,物理化学法为辅的手段。但是由于近年来化纤织物的发展和印染后整理技术的进步,尤其是PVA浆料、新型助剂等难生化降解有机物大量进入印染废水,给印染废水的处理增加了难度。普通的生物处理系统大都由于处理效率低下而使出水的CODcr、色度等污染指标达不到排放要求。此外,PVA等化学浆料造成的CODcr占印染废水总CODcr的比例相当大,但由于很难被普通微生物所利用而使其去除率只有20～30%。针对上述问题,近年来国内外都开展了一些研究工作,主要是新的生物处理工艺和高效专门细菌、以及新型化学药剂的探索和应用研究。其中具有代表性的有:厌氧—好氧生物处理工艺、高效脱色菌和PVA降解菌的筛选与应用研究、高效脱色混凝剂的研制等。根据我们多年处理印染废水实践经验,总结提出:以“强化生物吸附+厌氧水解酸化+好氧生化处理”为主体的工艺是比较经济适用的印染废水处理技术。4.1生物吸附法一般把活性污泥作用分为三步:第一步,在活性污泥与废水接触的初期,通过附聚、吸附、吸收作用使水中有机物含量迅速降低;第二步,是活性污泥对有机物的氧化分解,用来使细菌生长,维持微生物的新陈代谢;第三步,沉淀分离。其中第一步是物理、化学、生物作用共同产生的结果,这一过程的综合作用——附聚、吸附、吸收作用称为生物吸附。生物吸附的特点:1)生物吸附段中存活大量的细菌,而且还不断地进行繁殖、适应、淘汰、优选等过程,从而能够培育出适应性和活性都很强的微生物群体,本工艺不设初沉池,使原废水中的微生物全部进入系统,使吸附再生段成为一个开放式的生物动力学系统。2)生物吸附段负荷较高,有利于增殖速度快的微生物增长繁殖,而且在这里成活的只能是抗冲击能力强的原核细菌,其它微生物都不能存活。3)废水经生物吸附段处理后,废水的可生化性大大提高,有利于后续处理单元的工作。4)生物吸附段污泥产率较高,吸附能力强,重金属、难降解物质等等,都可以通过污泥的吸附作用,而得到去除。5)生物吸附段对有机物的去除,主要是靠污泥絮体的吸附作用,生物降解只占三分之一左右,由于物理化学作用占主导作用,因此,吸附段对毒物、pH值、负荷以及温度的变化都有较强的适应性。4.2强化生物吸附法混凝沉淀与生物吸附两种预处理方法均有效果,但因混凝沉淀的投药量较大、工作量较大、操作复杂,而生物吸附的投药量较少、处理效果较好,故根据印染废水CODcr浓度较高,pH偏高的特点,我们提出强化生物吸附法即生物吸附结合混凝沉淀作为预处理手段。利用污泥絮体的强吸附作用,吸附废水中的污染物质和难降解物质;同时补充一定量的混凝药剂进行混凝反应,反应后的混合液进入吸附沉淀池进行沉淀分离。这样,一方面可以减少混凝药剂的投加量,降低运行费用;另一方面,可以减少处理工艺中污泥总量的产生量,减少处理费用。5工程实例5.1废水的来源及排放cod变化情况某纺织企业从事棉纱、坯布及牛仔布的生产、销售及分销,生产区每日24小时轮班工作。该企业第三生产区的生产废水主要来源于棉纺车间。生产过程中使用各种染料和化学助剂。其排放的废水COD变化范围大,最高为1350mg/l。造成COD变化的原因在于生产过程中,使用染料的种类以及量的变化所致。根据相应环保法规要求,为了尽量减少工业废水的污染,保证废水达标排放,该企业对生产废水进行处理,工程总处理规模10000m3/d。5.2设计水量和水质设计水量:10000m3/d设计进水水质及排放标准见表1。5.3预处理+沉淀分离来自车间的废水进入曝气调节池,然后利用污泥絮体的强吸附作用,吸附废水中的污染物质和难降解物质;同时补充一定量的混凝药剂进行混凝反应,反应后的混合液进入吸附沉淀池进行沉淀分离。吸附沉淀池出水自流进入水解酸化池,对废水进行水解酸化,提高废水的可生化性,将不溶性有机物转化为可溶性有机物,大分子物质分解成小分子物质,降解部分有机物,并提高后续处理的处理效果。水解酸化池出水进入活性污泥池、接触氧化池,进行生物降解,用鼓风机进行曝气。出水进入二沉池,进行沉淀分离,沉淀后的出水进入混凝沉淀池对难降解的有机物进一步去除,最后流入滤池,使出水达到排放标准。5.4主要结构设计参数(1)通风量调节池水力停留时间14.4h;有效容积6000m3。(2)吸附反应池水力停留时间0.7h;有效容积280m3。(3)吸收沉淀池表面负荷0.96m3/m2·h;水力停留时间3.7h。(4)废水处理水力停留时间6.1h;有效容积2560m3。(5)活性废水处理水力停留时间8.5h;有效容积3550m3。(6)接触氧化池水力停留时间8.3h;有效容积3475m3。(7)2沉淀池采用辐流式沉淀池。表面负荷0.72m3/m2·h;停留时间4h。(8)混合沉淀池表面负荷1.3m3/m2·h;水力停留时间2.5h。(9)过滤池过滤速度6m/h;停留时间0.7h;有效容积273m3。(10)清水池总停留时间0.3h;有效容积115m3。5.5投资和运营成本5.5.1投资该工程总投资为1360万元,吨水投资1360元。5.5.2运营成本直接运行成本(不含折旧和检修)为301.31万元/年(平均),折合0.84元/吨水。5.6