印染廢水處理工藝系統(tǒng)優(yōu)化的探討

陳文運(yùn)，崔喜勤，余深鈺，郭秀忠

（福建省潔維環(huán)保科技有限公司，福州 350000）

紡織工業(yè)是中國(guó)具有優(yōu)勢(shì)的傳統(tǒng)支柱行業(yè)之一，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以及我國(guó)加入WTO，我國(guó)已成為世界上最大的紡織生產(chǎn)國(guó)。印染加工是整體紡織材料加工過(guò)程中重要的一部分，是承接上游紡紗、織布、下游服裝加工的中間環(huán)節(jié)，也是廢水排放量最多和污染最重的行業(yè)。福建省作為我國(guó)印染企業(yè)最集中的五省之一，印染布年產(chǎn)量達(dá)28.20億米以上，占全國(guó)總產(chǎn)量的5.71%，印染廢水處理任務(wù)任重道遠(yuǎn)。

由于印染行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中大多采用以水為介質(zhì)的加工工藝，需要消耗大量的清潔水，每加工100米織物，大約產(chǎn)生3至5噸印染廢水[l]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)印染廢水排放量約占整個(gè)工業(yè)廢水排放量的40%，達(dá)4×106～5×106m3/d，每年排放廢水9.5億多噸，并且印染廢水具有分布面廣、濃度變化大、脫色困難、含有機(jī)物濃度高等特點(diǎn)[2]，屬于較難處理的工業(yè)廢水。

近年來(lái)，非天然原料、新型染料、表面活性劑等助劑越來(lái)越多地被開發(fā)并應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，導(dǎo)致印染廢水中難生物降解的有機(jī)物質(zhì)（如PVA漿料、大分子染料等）大量增加，其BOD/COD值由原來(lái)的0.4～0.5下降到0.2以下，可生化性變差，廢水水量及其中所含的污染物成分的變化都很大，廢水處理難度也就隨之不斷增大[3]。與此同時(shí)我國(guó)紡織工業(yè)環(huán)境保護(hù)相關(guān)政策與標(biāo)準(zhǔn)則對(duì)印染廢水處理的要求越來(lái)越嚴(yán)格，例如廢熱的回收利用，廢水處理回收利用比例的不斷提高等，都使印染廢水處理面臨著新的挑戰(zhàn)。因此采取諸如開發(fā)新技術(shù)并加快其在生產(chǎn)中的應(yīng)用、加強(qiáng)現(xiàn)有工藝的改造與系統(tǒng)優(yōu)化、提高處理工藝的運(yùn)行控制技術(shù)等方法，促進(jìn)印染行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，已成為現(xiàn)今環(huán)保專家關(guān)注的課題。

1 印染廢水的來(lái)源及特點(diǎn)

印染廢水產(chǎn)生于印染工藝的全過(guò)程，主要由退漿廢水、煮煉廢水、漂白廢水、絲光廢水、染色廢水、印花和整理廢水組成，其中含有大量的染料、助劑、漿料、酸堿、纖維雜質(zhì)及無(wú)機(jī)鹽等，其特點(diǎn)是色度大、有機(jī)物含量高、可生化性較差，水質(zhì)和pH變化范圍大，水溫高、水量大，最終導(dǎo)致其毒性和危害性大。

2 印染廢水處理方法及存在的問(wèn)題

2.1 印染廢水處理方法

印染廢水的處理方法主要有物理化學(xué)法、生物法和化學(xué)法。在實(shí)際應(yīng)用中，由于印染廢水水質(zhì)十分復(fù)雜，單純使用一種處理方法通常很難達(dá)到理想的處理效果。因此實(shí)際印染廢水處理工程中常采用多種技術(shù)相組合，以取得最佳凈化效果。

（1）物理化學(xué)法

印染廢水處理中常用的物理化學(xué)法有吸附法、混凝法和膜分離技術(shù)，吸附法是將多孔狀物質(zhì)的粉末或顆粒與印染廢水混合，或使廢水通過(guò)由顆粒狀物質(zhì)組成的濾床，使印染廢水中的污染物質(zhì)吸附于多孔物質(zhì)表面而除去，在印染廢水處理中多以活性炭作為吸附劑，用于組合處理工藝的后端，是印染廢水脫色的保證。混凝法在印染廢水處理中多以混凝氣浮的方式被采用，即在廢水中加入混凝劑，使膠體污染物脫穩(wěn)凝聚成較大顆粒，再與通入廢水中的細(xì)微氣泡發(fā)生黏附，并隨氣泡一起浮出水面形成浮渣而被去除，該法可大大提高印染廢水的脫色率、COD及BOD去除率，常用于其組合處理工藝中生化處理的前端或后端。膜分離技術(shù)是利用特制的膜材質(zhì)對(duì)廢水中的某些成分有選擇性地截留從而達(dá)到分離、凈化和處理的目的，應(yīng)用于印染廢水處理的膜技術(shù)主要有反滲透、超濾和納濾，是滿足處理水回用要求的一種深度處理手段。

（2）生物法

生物法是利用微生物酶來(lái)氧化或還原染料分子，破壞其不飽和鍵及發(fā)色基團(tuán)，從而達(dá)到處理目的的一種印染廢水處理方法，常用的生物處理法有好氧生物法、厭氧生物法、厭氧+好氧法，其中厭氧+好氧是目前國(guó)內(nèi)外處理印染廢水組合工藝的核心。

印染廢水中含有一定量難溶于水或難降解的有機(jī)染料和助劑，這些物質(zhì)無(wú)法被好氧微生物直接利用，而厭氧微生物可以分解廢水中較難降解的有機(jī)污染物，因此厭氧（缺氧）+好氧結(jié)合的方法可使廢水中難溶性、難生物降解的大分子有機(jī)物在厭氧（缺氧）環(huán)境中，通過(guò)產(chǎn)酸階段被分解成易溶的、可生物降解的小分子有機(jī)物，提高印染廢水的可生化性，減少好氧池的負(fù)荷沖擊，隨后通過(guò)好氧法進(jìn)一步去除廢水中的有機(jī)物和色度，使出水水質(zhì)穩(wěn)定。

目前，為了強(qiáng)化生物法的去除效果和運(yùn)行穩(wěn)定性，通常會(huì)在生化池中加裝填料，使微生物附著其上形成生物膜，即生物接觸氧化工藝，其不但可以使印染廢水中的有機(jī)污染物與微生物長(zhǎng)時(shí)間充分接觸，還可以大大提高生化池中微生物的量，增強(qiáng)其耐沖擊負(fù)荷的能力，確保生化處理系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）化學(xué)法

化學(xué)法是指利用化學(xué)反應(yīng)破壞印染廢水中的污染物質(zhì)結(jié)構(gòu)，使其發(fā)生斷鍵或徹底分解，從而消除其毒性和危害的方法，包括化學(xué)氧化法、電氧化法、光催化氧化法。因化學(xué)法在處理過(guò)程中需投加大量化學(xué)藥劑，導(dǎo)致運(yùn)行成本偏高，同時(shí)反應(yīng)過(guò)程受影響的因素較多，因此目前在印染廢水處理中多處于研究階段，缺少工程化應(yīng)用實(shí)例。

2.2 印染廢水處理中存在的問(wèn)題

如前所述，印染工藝決定了其所排放的印染廢水會(huì)攜帶大量熱能，通常廢水水溫在40℃～95℃之間，而印染廢水處理中常見(jiàn)的降溫措施包括增大調(diào)節(jié)池容積自然降溫和安裝冷卻塔降溫兩種方法，均未考慮對(duì)此部分廢熱的充分回收利用，這與我國(guó)紡織工業(yè)環(huán)境保護(hù)相關(guān)政策要求的節(jié)能降耗規(guī)定是不符的，因此在印染廢水處理中如何有效回收利用其中的廢熱是實(shí)現(xiàn)印染行業(yè)可持續(xù)發(fā)展必須考慮的問(wèn)題。

近年來(lái)，由于非天然原料、新型染料、表面活性劑等助劑越來(lái)越多地被開發(fā)并應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，導(dǎo)致印染廢水可生化性變差，其結(jié)果直接影響印染廢水處理工藝的核心單元—生物處理單元的去除效果，進(jìn)而影響處理系統(tǒng)出水的達(dá)標(biāo)排放或有效回用。因此如何優(yōu)化厭氧段運(yùn)行方式，強(qiáng)化提高其出水可生化性，確保整個(gè)生物處理單元的去除效果，是應(yīng)對(duì)印染廢水這一變化的有效方法。

3 印染廢水處理工藝的系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 系統(tǒng)優(yōu)化前后處理工藝

印染廢水處理工藝系統(tǒng)優(yōu)化前的處理工藝見(jiàn)圖1，優(yōu)化后的處理工藝見(jiàn)圖2。該處理系統(tǒng)僅使處理水達(dá)標(biāo)排放，不考慮回用要求。

圖2 優(yōu)化后的處理工藝

3.2 工藝對(duì)比說(shuō)明

（1）印染廢水中熱能的回收

針對(duì)印染廢水水溫較高的特點(diǎn)，圖1中的工藝采用增大調(diào)節(jié)池容積，延長(zhǎng)廢水停留時(shí)間的自然降溫措施，通常調(diào)節(jié)池容積需增大2～4倍，水溫相應(yīng)由60℃以上降至50℃以下，這對(duì)于日益緊張的工業(yè)企業(yè)用地來(lái)說(shuō)，調(diào)節(jié)池較大的占地面積使該法很難為印染企業(yè)所接受，同時(shí)放棄了對(duì)廢熱的循環(huán)利用。

圖2中的工藝在不增大調(diào)節(jié)池容積的基礎(chǔ)上，在其后增加了廢水熱能回收系統(tǒng)，利用高效的換熱結(jié)構(gòu)，通過(guò)水水交換將廢水中的低位熱能以90%左右的效率置換到工藝用水中，使工藝用水水溫提升，從而節(jié)約蒸氣及電力費(fèi)用，在降低企業(yè)生產(chǎn)成本的同時(shí)，將廢水溫度降低至滿足后續(xù)處理單元對(duì)水溫的要求。

廢水熱能回收機(jī)的經(jīng)濟(jì)性在印染行業(yè)生產(chǎn)中非常突出，設(shè)備投資回收期限一般為3～6個(gè)月，廢水熱能回收率可高達(dá)90%，其中節(jié)約蒸氣電力費(fèi)用平均約為平常使用量的20%～35%（具體視用水升溫溫度、用水量等工藝參數(shù)不同而有所不同）；生產(chǎn)使用熱水縮短工作時(shí)間，可增加生產(chǎn)量20%～30%；以熱水水洗可提高染色質(zhì)量、降低次品率、減少水洗次數(shù)而節(jié)約用水量；在不使用冷卻塔或增大調(diào)節(jié)池容積的情況下將廢水溫度降至處理系統(tǒng)要求，節(jié)約廢水處理投資運(yùn)行費(fèi)用。

（2）水解酸化池的優(yōu)化

圖1中的水解酸化池在印染廢水處理系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著降解部分有機(jī)物、提高廢水可生化性的任務(wù)，但在實(shí)際運(yùn)行中往往存在廢水與污泥混合不充分、易出現(xiàn)短流和死角，污泥易流失、需通過(guò)污泥回流系統(tǒng)補(bǔ)充流失污泥，或掛膜不均勻、生物膜出現(xiàn)異常脫落等問(wèn)題，導(dǎo)致達(dá)不到應(yīng)有的處理效果，加重后續(xù)好氧處理負(fù)擔(dān)，出水水質(zhì)難保證等不良后果。

圖2對(duì)圖1中的普通水解酸化池進(jìn)行了優(yōu)化，改為采用國(guó)內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)的脈沖噴流復(fù)合水解酸化池，其技術(shù)原理是：通過(guò)將混凝氣浮出水經(jīng)污水泵加壓后由水解酸化池底部布設(shè)的穿孔布水管以脈沖噴流方式進(jìn)入，與接種污泥脈沖式充分混合的同時(shí)，使微生物處于懸浮狀態(tài)，池體上部加裝Jwell高效生物膜載體并自行接種掛膜，使水解酸化池在高度上分割為下部懸浮污泥層，上部高效生物膜相結(jié)合的復(fù)合缺氧池，在強(qiáng)化水解發(fā)酵細(xì)菌處理廢水的同時(shí)，還可以大量富集此類微生物、避免污泥流失。Jwell高效生物膜載體具有與污泥親和力強(qiáng)、比表面積大、微生物富集量多、形成的生物膜均勻穩(wěn)定等特點(diǎn)，進(jìn)一步強(qiáng)化了難降解有機(jī)物在水解酸化池中的分解轉(zhuǎn)化，為充分提高廢水可生化性提供了保障。

4 結(jié)論

針對(duì)當(dāng)前印染廢水處理工藝存在的問(wèn)題，結(jié)合紡織行業(yè)環(huán)境保護(hù)相關(guān)政策的規(guī)定要求，對(duì)已工程化的處理工藝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)廢水熱能回收機(jī)實(shí)現(xiàn)印染廢水降溫的同時(shí)，還可對(duì)其中的熱能進(jìn)行有效回收和循環(huán)利用；對(duì)水解酸化池的池型構(gòu)造和運(yùn)行方式進(jìn)行改造優(yōu)化，在確保其處理穩(wěn)定的同時(shí)，充分提高其改善廢水可生化性的能力，為整個(gè)處理系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行提供了保障。

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