印染廢水深度處理技術研究現狀與發展趨勢

耿 迪，馮秋雨，王 康，翟 建，倉 理

（南京科技職業學院 生物與環境學院，江蘇 南京 210048）

《2015年環境統計年報》指出在調查統計的41個工業行業中，紡織業廢水排放量位居前4位，高達18.4億t[1]。2015年，浙江、江蘇、福建、山東、廣東五省份印染布產量占全國的比重達95.95%，其中江蘇占比達到12.4 %，位居全國第二。太湖地區則是江蘇印染產業聚集區，其中廢水和CODCr排放量分別占全省印染行業的75.3%和72.3%[2]。江蘇省紡織業聚集度較高，容易引發累計效應，對環境沖擊比較大。

印染廢水二級生化出水中含有大量難降解有機物，具有毒性強、色度高的特點，難以達到《紡織染整工業水污染物排放標準》（GB 4287—2012）的排放要求［出水化學需氧量（CODCr）低于60 mg/L，甚至低于50 mg/L］。因此，優化工藝深度處理印染廢水、提高出水水質顯得尤為重要。目前印染廢水常用的深度處理技術主要有吸附技術、膜技術、曝氣生物濾池、氧化技術以及組合工藝等方法。

1 吸附技術

活性炭因其表面的多孔結構和巨大的比表面積，使其具有較強的吸附作用，常用于各類污水的深度處理。周玲等[3]比較了椰殼、煤質、柱狀、果殼和粉末狀這5種活性炭對印染廢水二級生化出水CODCr的去除效果。研究表明，粉末狀活性炭CODCr的去除率為67.4 %，遠高于椰殼、煤質、果殼和柱狀的活性炭。這是因為粉末狀活性炭的比表面積遠高于另外4種活性炭，所以吸附能力更強，CODCr的去除效果更好。

目前，活性炭再生存在一定問題，吸附飽和后的活性炭往往作為危廢品處理，增加企業的運行成本。

2 膜技術

膜技術產水水質好，能直接回用于印染環節，目前，以膜生物反應器（MBR）、超濾（UF）、反滲透（RO）為深度處理核心路線的膜法水處理技術日益得到推廣應用。程家迪等[4]采用UF+RO工藝深度處理印染廢水二級生化出水，在二沉池出水CODCr97 mg/L、20倍和50 mg/L的條件下，出水CODCr、色度和SS分別為15 mg/L、3倍和1 mg/L，滿足回用標準，整體工藝運行成本為3.53元/m3。李玉瓊等[5]同樣采用UF-RO膜技術深度處理印染廢水二級生化出水，出水達到回用至印染工序的標準［CODCr20 mg /L、色度（倍）8、電導率100 μs /cm］，運行成本為2.466 元/t。朱兆亮等[6]采用預氧化+膜生物反應器（MBR）+反滲透（RO）的組合工藝對某工業園區印染廢水處理廠二級生化出水進行深度處理，在進水CODCr為105～120 mg/L，色度為50倍的條件下，組合工藝的出水CODCr≤5 mg/L，色度≤5倍，電導率≤20 μs/cm，出水水質滿足企業回用水要求。

目前，膜技術出水水質好，但長時間運行會導致膜污染，需要定期清洗維護，對運行人員素質要求較高，此外，清洗過程勢必會增加運行成本。

3 曝氣生物濾池

曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，BAF）具有生物氧化與懸浮固體截留的功能，具有占地面積小、抗沖擊負荷能力強、出水水質好、基建投資省、運行費用低以及日常維護管理方便等優點。同時還具有硝化、反硝化、碳化、除磷等功能，適用于印染廢水的深度處理。董倩倩[7]等采用曝氣生物濾池/活性砂濾池工藝深度處理印染廢水，出水各項指標均達到或優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準，該深度處理系統運行成本為0.066 元/m3。龔鳴[8]采用上流式曝氣生物濾池對印染廢水二級生化出水進行深度處理，出水CODCr為70～100 mg /L、NH3-N 為5～8 mg /L、B/C（BOD5/CODCr）在0.10～0.15、色度70～90 度、濁度5～10 NTU、pH 7～8，在氣水比4∶1，水力負荷為0．35 m3/（m2·h） 時，CODCr的去除效率為54%，色度的去除率為78%，NH3-N 去除率為91%，滿足GB/T 18920—2002 城市雜用水水質標準。

曝氣生物濾池對進水SS的要求較高，若進水的SS超過100 mg/L，會使濾池在短時間內達到設計的水頭損失、發生堵塞，勢必導致頻繁的反沖洗，增加了運行的成本，造成了管理上的不便。此外，長時間運行，當生物膜的厚度超過300～400 μm時，會造成氧的傳遞速率降低，部分區域發生厭氧反應，導致濾床去除能力下降，出水水質變差。隨著處理過程的持續進行，微生物的生長占據了填料的空隙，使得濾池水頭損失不斷增加，最后接近或達到設計值。在這種情況下，曝氣生物濾池需停車并進行反沖洗。反沖洗要求在短時間內，對填料進行適度地清洗，清除濾料截留的懸浮物和老化脫落的生物膜，恢復濾料上生物膜的活性。曝氣生物濾池的反沖洗周期必須依據出水水質、出水濁度以及濾料層的水頭損失等方面綜合確定，并由計算機系統自動程序控制。該項技術對于設計與運行要求均較高。

4 氧化技術

4.1 臭氧氧化技術

臭氧氧化技術是利用臭氧在特定催化劑的作用下，在廢水中快速分解產生大量羥基自由基，使得廢水中的難分解有機物被氧化去除，從而降低廢水中的CODCr并提高廢水的可生化性[9]。該項技術以其反應快速、強氧化性和二次污染少等優點而在印染廢水深度處理領域備受關注[10-11]。余雁[12]利用臭氧氧化法深度處理工業園區印染廢水二級生化出水，臭氧投加量在40 mg/L、反應時間為40 min的情況下，對CODCr、色度和苯胺的去除率為32%、75%和89%，其中苯胺尚達不到不得檢出的指標要求。該技術運行穩定，運行成本在0.75 元/t水左右，具有較高的經濟價值。邱壯[13]采用多級臭氧氣浮一體化裝置（DOIF）深度處理印染廢水二級生化出水，在CODCr為88～128 mg/L，UV254 1.249～1.498 cm-1，色度16～32倍，TOC 24.47～38.45 mg/L的條件下，CODCr、色度、UV254、TOC的去除率分別可達到25.5%、54.5%、37.5%、32.4%，有助于緩解后續“雙膜法”膜組件的污染，延長膜組件的使用壽命。但臭氧的無組織排放會對周圍環境造成二次污染。

4.2 Fenton試劑氧化技術

Fenton試劑生成的羥基自由基（·OH）氧化電位僅次于氟，高達2. 80 V，這些極度活潑的·OH 可與有機物反應，最終使有機物被氧化成CO2和H2O，達到降解CODCr的目的。曾旭等[14]采用芬頓氧化深度處理蘇州工業園某廠印染廢水二級生化出水，在廢水pH為3，芬頓反應時間為40 min，硫酸亞鐵投加量1 250 mg /L、30%雙氧水投加量為1.5 g /L、殼聚糖絮凝劑投加量為3 mg /L 時，印染廢水的CODCr去除率可達80%。但Fenton試劑產生的沉淀作為危廢需要進一步處理，這將會增加該項技術的運行成本。

5 組合工藝

5.1 O3/H2O2氧化工藝

O3/H2O2工藝通過產生·OH（標準ORP高達2.8 V）高效地氧化分解印染廢水二級生化出水中的難降解有機污染物，降低出水色度、提高出水B/C值，同時該工藝還具有反應快、無二次污染等特點。嚴一超等[15]采用O3/H2O2氧化工藝深度處理印染廢水二級生化出水，在pH=9，臭氧進氣流量0.2 L/min，臭氧濃度116 mg/L，反應時間100 min，H2O2投加量9.79 mmol /L 時，CODCr和色度去除率分別為82.2%、96.9%，B/C由初始的0.10提升到0.32。此外，三維熒光光譜（3DEEM）、相對分子質量分布（MWD）以及親疏水性分布分析表明，處理后EfOM 的熒光特性發生變化，低分子質量物質大量增加。

5.2 臭氧-曝氣生物濾池工藝

臭氧能夠將部分結構復雜的大分子難降解有機物氧化分解成為結構相對簡單的小分子有機物，既可提高廢水的可生化性，還可有效降低出水色度。曝氣生物濾池內微生物沿水流方向形成復雜而穩定的群落結構，通過吸附截留和氧化分解作用對有機物再次進行降解，使得出水水質好且穩定。何才昌[16]應用臭氧-曝氣生物濾池工藝深度處理印染廢水二級生化出水，在CODCr為139 mg/L、ρ（SS）為45 mg/L、色度為56倍的條件下，出水CODCr為55 mg/L、ρ（SS）為18 mg /L、色度為23倍，出水水質能滿足GB 4287—2012直接排放的要求。

6 結語

印染廢水具有水質水量波動大，有機物、色度、pH 較高，成分復雜并含有生物難降解的有毒物質，可生化性差（B/C約0.34）等特點。隨著區域環境承載力的減弱、環境容量變小、發生嚴重環境污染問題風險加劇，同時環保要求不斷提高、排放標準的日趨嚴格，使得印染廢水深度處理已成為印染行業的主流趨勢。已有的研究與實踐表明，采用組合工藝深度處理印染廢水，可以獲得較好的處理效果。