纺织染整加工的废水处理与分析

纺织染整加工的废水处理与分析

1染整废水的生产纺织工业和化肥一样，在生产过程中会造成各种污染，尤其是纺织印染和纺织加工中的大量废水。相比之下，纺织工业和纺织生产中产生的废水要少得多。这些染整废水主要来源于退浆、煮练、漂白、染色、印花及整理的多个工序,废水中污染物主要是加工中使用的助剂、染料和整理剂等。与染整加工造成的大气和土壤污染相比,废水的污染要严重得多。2染整生产设备和工艺对耗水量的影响纺织品染整湿加工过程中,水资源的消耗主要集中在两个方面,一部分用于练液和染浴的配备,另一部分主要用于练染后的水洗。除此之外,作为染整湿加工主要热源的蒸汽,其制备过程也要消耗部分水资源。染整生产中不同的设备构造和加工工艺对耗水量的高低影响较大,如采用绞纱染色机的浴比一般不低于1∶10～1∶15,而卷染机则为1∶3。另外,同样的设备进行不同的纺织品加工时,其耗水量也不完全相同,表1列出了部分纺织品染整加工的耗水量统计。3废液的传统排放废水纺织品生产中的废水主要来自染整湿加工,不同类别纺织品的染整加工工艺各不相同,产生的染整废水成分也相差较大,因此目前尚没有单一成熟的工艺适用于所有染整废水的处理。在染整废水的化学组成中,既有织物在退浆、煮练和漂白过程中分解出的浆料和杂质,也包括染整加工中添加的染化料,这些染化料主要来自染色中未与纤维键合的染料、整理剂和添加的酸、碱、盐、表面活性剂、消泡剂和荧白增白剂等。目前,废水的污染程度及其对环境的影响主要通过如下几种方法测定和表示:(1)生物需氧量:一般取5d微生物生化分解污染物所需的溶解氧量表示。(2)化学需氧量:酸性条件下以重铬酸盐回流处理废水,以污染物消耗氧化剂的量表示。(3)总有机碳:废水中所有悬浮和溶解的有机污染物中所含有机碳的总和。(4)溶解有机碳:废水通过离心和过滤后可溶性有机物所含有机碳数。(5)可生物降解性:废水通过特定条件下生物处理后,其污染物生物分解程度。(6)有机物去除率:包括通过生物吸附和生化分解的污染物量。纺织品染整湿加工中,漂白和水洗的耗水占生产用水总量的75%,但对BOD影响只占6%,排放的污染物占总量的6%。相比之下,退浆和煮练虽然耗水量只占6%,但排放的污染物却占BOD值的75%。染色废水的BOD值一般占废水总污染度的10%～20%,在羊毛染色中其比重还会更高些。合成纤维织物染整生产中耗水量与天然纤维相似,但废水的BOD值却较低,这是因为合纤本身含杂率较低的原因。棉织物前处理加工中产生的碱性废液通常含有大量的浆料、纤维杂质及电解质,废水排放量比染色和整理多得多。染色生产中,涤纶载体染色废液的有机污染物浓度最高;棉织物还原、硫化或活性染料染色和尼龙分散染料染色的废液中,有机污染物浓度中等;棉织物直接染料染色、羊毛和尼龙酸性染料染色及腈纶阳离子染料染色的废液中,有机污染物浓度最低。在无机污染物含量方面,棉织物活性、还原和硫化染料染色的废液中浓度较高;直接、酸性和阳离子染料染色的废液中浓度较低,而尼龙和涤纶染色废液中最低。传统印花方法是采用水溶性染料、分散染料或涂料,配成色浆后印制到织物表面。而涤纶织物的转移印花则不需要配制色浆,不但能印得精细花型,而且整个生产过程中耗水量极低。因此,印花生产中的废水主要来自于传统印花。在印花后的水洗过程中,印花过程中织物上未固色染料或颜料、粘合剂或增稠剂、碱剂、还原剂、重金属盐及有机溶剂、糊料等通过水洗从织物上脱落下来,从而构成了印花废水的主体。染整废水中常见的主要污染物分类见表2。4表面改性与加工工艺并重不同纺织品染整湿加工方法不同,可采用的节水和降低排污量的方案也有所区别,具体包括:采用经济有效的管理方法、优化现有工艺流程、加强设备构造改进和采用新型加工工艺。前两者主要是通过现有条件下合理改进实现,后两者则需要对设备和部分工序作改造。近年来,为降低染整废水中染化料等污染物的排放量,减少废水对环境的污染和危害,不少新型生物技术及工艺在纺织品化学加工中得到应用。以下以生物酶为例,简介其在染整生产中的应用。4.1退浆、压浆过程纺织生产中常用的浆料为淀粉浆及其衍生物,传统的退浆方法有氧化剂退浆、酸退浆等。这些退浆方法的缺点在于退浆过程中,若工艺控制不当,极易对纤维产生损伤,且加工中废水排放量较大。采用淀粉酶和脂肪酶进行酶退浆,不但能彻底去除织物上浆料,对织物损伤少,而且生产过程中对环境污染较少。4.2提高织物润湿性棉织物煮练的目的在于去除纤维上非纤维杂质。传统的煮练方法将棉织物在高温强碱条件下处理,以提高织物的润湿性,满足染色、印花与后整理的要求。而采用果胶酶和脂肪酶复合取代传统的浓碱煮练,不但能使织物获得相同的吸水性,且废液中可溶性杂质的浓度增加。4.3残留氯的去除漂白的目的在于去除织物上色素,提高织物白度。漂白后若织物上残留的漂白剂去除不净,将会影响后道染色,因此染前必须充分去除残留漂白剂。在不同的漂白方法中,氯漂易产生有毒的氯化有机物(如AOX),而氧漂不但能有利于布面残留氯的去除,而且能使氯漂后的白度提高。氧漂结束后采用过氧化氢酶处理,能使布面残留的过氧化氢进一步分解成氧气和水。4.4保险粉和碱剂提取染色、印花后通过水洗能去除布面浮色,提高水洗牢度和色泽鲜艳度,常用的净洗剂为保险粉和碱剂等。采用酶洗工艺,不但能达到相同的水洗效果,而且烧碱和保险粉的消耗量减少,污水排放量降低。4.5织物表面的毛羽纤维素酶可应用于织物的抛光整理,通过去除纤维素纤维织物表面的毛羽,提高织物表面的光泽感和平滑度,对起毛起球现象也有所减轻。采用纤维素酶不但能获得较好的整理效果,而且避免了化学助剂整理带来的高污染。4.6从细到细,从细到成氨基酸脱胶的主要目的是去除丝纤维中的丝胶。酶脱胶常用的蛋白酶包括胰蛋白酶、胃蛋白酶等,通过将丝胶大分子多肽链水解成氨基酸,达到精练的目的。酶脱胶后的织物不但具有较好的润湿性,强力损失小,而且白度、光泽感和染色饱和值都大大提高。4.7防毡缩方法羊毛纤维本身的结构特点决定了毛织物(机织或针织)特有的毡缩性。传统的防毡缩方法是采用氯化防毡缩或过硫酸防毡缩的方法,通过破坏羊毛的鳞片层达到防毡缩的目的,但氯化法存在排放有毒AOX废水的缺点。采用生物酶进行羊毛的防毡缩加工,通过增加大分子肽链间的交联,能提高毛织物的防毡缩性。5废水处理方面染整废水的处理可分为三种不同的方法:物理处理法、化学处理法和生物处理法,其主要处理方法见表3。首先采用物理处理法,主要目的是去除废水中的纤维毛羽、染化粒子及颗粒物等。具体方法包括过滤、沉淀、浮选、分馏和絮凝等。在处理过程中,废水中的悬浮物通过细分后形成较稠的浆状液,加入絮凝剂后在平衡槽中形成沉淀从废水分离。形成的絮结物越大,则越有利于彻底和快速分离,常用较为有效的絮凝剂是聚合电解质。物理法对废水色度的去除效果较小,如果在处理过程中结合使用化学处理法,则能使废水的色泽得到明显改善。其次是对废水中有机污染物的去除。对于有机污染物的去除,必须综合使用物理—化学处理法和生物氧化处理法。生物处理方法尽管较经济,但若单独使用,并不能去除废水的色度,且COD和电解质的去除效果也不太理想。不同的染整废水处理方法分述如下。5.1膜过滤法和反渗透法物理处理法中沉淀法是最常用的一种废水处理方法,不溶性颗粒在重力的作用下先沉淀形成污泥,然后再从废水中沉淀分离出来。絮凝法作为一种较为成熟的促进污染物分离的方法,也是一种通过形成化学沉淀来提高沉淀和浮选效率的方法。处理过程中,废水中的固体粒子能絮凝在凝结剂的表面,生成大量的絮结物,通过过滤、沉淀或浮选得到去除。絮凝作用产生的原因包括两方面,一方面絮凝剂降低了微粒表面的电动势,使它们能相互接近,并随机形成较大的聚集体;另一方面,助凝剂(如活性硅或合成聚合电解质)能促进絮状物的增长来提高分离速度。通过膜过滤的超滤和反渗透得到的较浓的染液,可通过蒸发和焚烧完成进一步处置。膜超滤可用于分散染料的回收与再用,还可用于从丝光废液中回收靛青、活性染料、聚乙烯醇和烧碱。Verkateswaran的研究结果表明,采用反渗透技术进行不同纺织品的染整废水处理,不但对部分污染物处理效果较好,而且通过污染物的回收,其经济实用性也较强。Brandon和Porter采用表面覆以过氧化锆/聚丙烯酸酯双层涂膜的多孔性陶瓷和活性炭载体进行废水处理,不但使合纤染色废水中TOC被降低85%,色度去除99%,而且85%～90%的水得到回收利用。Macrosorb还介绍了采用离子交换、絮凝剂、吸附剂等进行脱色的产品,并表示具有较好降低COD和BOD的效果。γ辐射是第三类废水处理的技术,与分离技术相比它具有一定破坏性。该方法在染色废水的脱色和降低COD方面有一定效果。其他的物理处理法中,近来取得重要进展的是吸附法。活性炭是应用较为广泛的吸附剂,处理过程中,高分子量染料被吸附在活性炭表面,而分子量较小的有机分子则能通过。活性硅在废水处理中主要用作为絮凝剂,能促进沉降池内絮状物的形成,即使在低温情况下也具有较好的效果。另外,有机硅吸附剂树脂也用于蒽醌类酸性染料的吸附。高岭土中的胶体矿物主要由水合铝硅酸镁组成,与斑脱土和蛭石一样,对废水中污染物也有良好的絮凝和吸附作用。泥炭土和木屑是最便宜的吸附剂,而硅土是最昂贵的。其他可作为吸附剂的还包括炭化木材、炭化毛纤维等。5.2染料和稳定剂尽管重金属在生物体生长过程中必不可少,但当过量存在时,往往具有一定危害性。在废水处理中,常用的重金属去除方法有化学沉淀法、离子交换法和反渗透法。通过以上的处理,废水中的重金属最终以较氢氧化物更难溶的硫化盐的形式去除。多数染料对氧化剂和/或还原剂都很敏感。在染色废水的处理中,常用碱性连二亚硫酸盐进行偶氮染料的脱色,采用液氯、氯水或次氯酸盐进行各种水溶性染料的脱色。近年来,采用臭氧进行废水脱色的应用得到重视,试验数据表明,臭氧对活性和酸性染料废液的脱色效果较好,对直接和分散染色废水的脱色效果稍差,但总体上均比采用氯化法效果明显。离子交换法基本原理是当废水通过树脂表面时,其中的水溶性离子能吸附在树脂表面,直至树脂达到饱和。交换树脂通过回洗和酸性阳离子溶液再生后,可重新用于废水处理。尽管该方法对可溶性污物去除较为有效,但由于其效率较低,不太适合组分复杂的大量废水处理。电解沉淀法通过电解质溶液中阴极的还原作用,进行染色废水的处理,其处理时间一般较长。溶液中的阳极通常采用镀有金属氧化物的石墨和钛组成。5.3废水处理方面对于废水中可生物降解的污染物,采用生物处理法处理是一种较理想的处理方法。通过在废水中加入必要的培养基(如氮磷化合物),可使细菌的生物降解效率提高,污染物的去除率增加。常见的好氧生物处理方法包括:稳定塘、氧化塘、生物滤池和活性污泥法。稳定池通常为1～2m深,通过水池表面大气或藻类供氧,对于BOD值较低的废水,其处理时间一般为5～25d。氧化塘较稳定池深,对降低BOD值较为有效,处理时间也较短,一般为2～10d。好氧处理法中最常用的方法是采用好氧微生物进行生物降解。在扩散曝气或机械曝气的条件下,通过活性污泥的连续接触,促使废水中有机污染物分解。实践表明,采用微生物固体化反应器,能为更多数量的微生物反应提供有利的条件。滤池并不是真正的过滤器,而是一种由硬质材料构成,并能为生物膜提供附着场所的装置。废水处理时,通过布水装置将废水均匀分布在滤料表面。当废水通过载体的微孔渗透到达滤料表面的菌体表面时,废水经布水装置后进入滤池。这些条件为微生物提供了有机物,有利于菌体的生长。经过该装置处理后,废水得到净化。处理效率主要取决于滤池本身的结构、废水中有机污染物的浓度、废水的处理负荷和水温。早期的滤料以木质板条、矿砂和炉渣构成,但其成本过高。近来被简化为采用塑料,不仅价格便宜,而且对降低BOD的效果也较明显。目前很多新型生物技术都可用于废水的处理,既可单独使用,也可与物理和化学处理法联合使用,这些技术在印染废水的脱色方面具有较好的效果。染料生产商和用户也在对这些生物技术的可行性进行研究,以实现废水的色度降低、BOD、COD和TDS减少等。如果废水处理问题得不到解决,未来纺织品染整加工的生产成本将会翻倍。5.4新技术在发展中的处理5.4.1反应时间的影响Galindo和Kalt利用紫外辐射和过氧化氢进行了废水脱色的研究。结果表明,单独使用紫外辐射或过氧化氢,对废水的脱色效果较差。当两者并用时,通过反应后生成了过氧羟自由基,提高了废水的脱色效果。Kos,Perkowski和Ledakowicz也进行了类似的研究。他们采用臭氧、过氧化氢和紫外辐射,对羊毛和合纤的染色废水进行了试验,具体包括紫外辐射+过氧化氢、过氧化氢+臭氧和过氧化氢+紫外辐射+臭氧,处理温度为25～55℃。试验结果显示,