印染废水深度处理及回用技术研究

印染工业作为中国具有优势的传统支柱行业之一，自20世纪90年代以来获得迅猛发展，其用水量和排水量也大幅度增长。国家统计局公布数据显示，2010年纺织业废水排放总量达245470万吨，高居全国工业部门第三位。近年来，随着我国经济的快速发展，淡水资源日益紧缺，印染废水的深度处理和回用已越来越引起人们的重视。
1、 国内印染废水处理及回用现状
我国对印染废水回用已有较多的研究，从目前研究及应用的情况来看主要有以下特点：
(1)回用技术大多处于试验研究阶段，多为小试和中试，实际工程应用较少，且水的回用率较低，一般不超过50%，主要回用于对水质要求不高的前道工序，缺乏有利于提高回用水水质及回用率的高效技术的推广应用。
(2)回用处理主要是对印染废水在达标处理的基础上进一步进行处理，达到回用水水质标准。处理工艺主要采用混凝、吸附、过滤和氧化等技术，其中对去除盐度和硬度的关键技术研究较少。
(3)由于现有技术水平的限制，印染废水大量回用对生产及
废水处理系统会带来一系列问题，包括有机污染物和无机盐的积累。 目前对废水长期回用的水质问题及对水处理系统的影响研究不多，特别是无机盐的积累问题基本没有涉及。
2 、印染废水深度处理及回用工艺介绍
印染废水常用的处理方法主要有：物化法、化学法、生化法、膜技术和其他组合工艺等。仅靠单一的处理工艺很难达到深度处理及回用的目的，必须对现有的工艺进行集成，采用多种工艺联合处理的方法，才能真正实现回用的目标。
2.1 物化法
物化法主要以吸附法为主，目前在印染废水深度处理及回用中常用的吸附剂有活性炭、硅藻土、活性氧化铝、粉煤灰、沸石、膨润土等。 印染废水深度处理及回用研究和应用较多的是活性炭。活性炭比表面积大、亲水性强、吸附脱色效果好，特别适合于小分子水溶性染料的吸附脱色。活性炭对于二级生物处理后印染废水中的残余污染物(如合成染料、表面活性剂等)具有很好的吸附能力，但处理成本高，再生能耗大，常与其它工艺组合对纺织印染废水进行深度处理。张健俐等 。
2.2采用臭氧脱色和活性炭吸附组合系统对淄博市某纺织企业的印染废水进行回用处理，进水COD值为8O——100mg/L、色度为0.25——0.35时，出水COD为6——10mg/L、色度为0.01——0.03，处理后的水可用于企业冷却循环系统，经济效益和环境效益明显。 谢丹萍等[3]采用连续膜过滤系统(CMF)-活性炭吸附工艺对某印染厂
污水处理站排水进行回用处理，处理后出水Fe、Mn的去除率达到100%，色度为4、浊度0.2 NTU、COD<10mg/L，达到印染企业生产用水水质要求。
2.3化学法
印染废水处理中常用的氧化剂有Fenton试剂和臭氧。Fenton法具有简单、快速、可产生絮凝等优点，但仍存在氧化剂利用率低、氧化效率差、处理成本偏高等缺陷。目前，Fenton法常与电化学氧化法结合对纺织印染废水进行回用深度处理。如姜兴华等(1)将铁炭微电解一Fenton试剂联合氧化技术用于经A/O处理的印染废水出水，在最佳反应条件下，COD去除率达到90%以上，色度去除率为99%，达到了印染废水回用的要求。针对印染废水色度大的特点，臭氧极强的氧化性可有效去除色度及废水中的有机物，同时臭氧还具有杀菌除臭功能。在实际工程应用中，通常很少单独采用臭氧氧化法处理印染废水，而是与其他方法联合使用，如臭氧-活性炭和臭氧-曝气生物滤池。Lin等(2)在活性炭为填料的流化床或固定床中通人臭氧，把臭氧氧化和活性炭吸附组合成一个单一的过程。研究发现，臭氧氧化能够延长活性炭的再生，减少其再生成本;活性炭不仅仅是一个吸附剂，同时是臭氧氧化的催化剂。 两者可以弥补各自固有的不足。 具有很好的协同作用。顾晓扬等(3)采用臭氧-曝气生物滤池工艺对某纺织洗水厂二级生化处理出水进行回用处理，在进水COD约为8Omg/L、色度为16倍、 浊度约为8NTU的条件下，当臭氧投加量为3O——45mg/L、曝气生物滤池水力停留时间为3——4h、气水比为5∶1时，出水COD<30mg/L、色度为2倍、浊度<1NTU，满足生产工艺对回用水水质的要求。
2.4 生化法
生化法主要是运用微生物的代谢作用来分解污染物，不仅可以用于印染废水的达标排放处理，而且也可以作为深度处理及回用技术。生化法主要有曝气生物滤池、生物活性炭等，一般很少采用生化法作为深度处理回用工艺，实际应用中多采用生化法与其他工艺联合使用。
曝气生物滤池(Biological Aerated Filter，简称BAF)是一种集物理吸附、过滤和生物降解于一体的新型生物膜处理技术，它适用于低悬浮物和低COD废水的处理[7-8]。 BAF应用于印染废水深度处理主要是因为经过厌氧水解+接触氧化工艺处理的废水，其B/C值很小，可生化性很差，难降解的残余有机物首先被滤料和滤料上生物膜所吸附，其停留时间相当于生物膜泥龄时间，因此有足够的接触时间，使这些有机物被微生物所降解。黄瑞敏[9]在混凝处理后采用BAF处理，可使针织棉染色废水的COD指标低于国家污水排放标准，接近生产回用的要求。BAF出水再经过精密过滤去除细小悬浮物和离子交换去除水中的无机盐后，出水的各项指标均可以达到回用的要求。生物活性炭是生物处理和活性炭吸附相结合的组合工艺，微生物的氧化分解和生物吸附与活性炭物理吸附协调作用，使处理效果大大增强。耿士锁[10]采用生物接触氧化-生物炭流化床串联装置对印染废水深度处理，在进水水质COD为113——263mg/L、 色度20——200倍、 SS为14——184mg/L前提下，去除率分别达到70 %——89 %、73 %——90 %、78 %——79 %。处理后的出水水质符合印染工艺洗涤用水要求。
3、膜技术
膜分离技术是目前国内外印染废水回用领域中研发和工程化应用的热点之一。目前在印染废水回用上应用较多的膜分离技术有：反渗透(RO)、纳滤(NF)、微滤(MF)和超滤(UF)。这些膜分离过程都是以压差为驱动力，废水流经膜面的时候，废水中的污染物被截留，而水透过膜，实现了对废水的深度处理。超滤可去除废水中大部分浊度和有机物，从而能减轻反渗透膜的污染，延长膜的使用寿命，减少膜系统的运行成本。反渗透不仅能有效去除有机物、降低COD，而且具有优秀的脱盐效果。由于COD脱除、脱色、脱盐能在一步完成，其出水品质高，能直接回用于印染环节，同时浓水可回流至常规工序处理，实现废水零排放和清洁生产。 越来越多的研究表明，将不同的膜分离技术进行组合(如微滤、超滤、纳滤、反渗透等)，或膜分离技术与其他技术(如膜生物反应器)相结合，是印染废水深度处理的一个研究方向。膜生物反应器是印染废水处理的新技术之一，将膜分离技术与生物反应器相结合，从而达到回用水质要求。夏炎等采用MBR-NF组合工艺处理苏州市东方污水厂初沉池污水，在进水水质COD 372——1121 mg/L，氨氮16.17——26.85mg/L，总氮19.18——46.54mg/L的情况下，经HRT 30 h，回流比300%的MBR处理后，出水COD、氨氮和总氮的平均去除率分别为87%，95.8%和70.2%，再经纳滤处理后，水质可满足印染工艺回用要求。Schoeberl等对MBR二级出水采用纳滤后处理，处理出水能够满足各项回用标准，但同时指出该方法目前仍面临较高的应用技术难度和经济成本。付江涛等采用双膜法工艺处理某印染厂废水并回用，COD去除率达到99%，浊度和色度的去除率均接近100%，反渗透对盐分的去除率在98%以上，满足回用于印染生产的要求。Marcucci等采用砂滤-超滤-反渗透和砂滤-超滤-纳滤两种深度处理工艺对印染废水的二级出水进行回用处理，反渗透对盐分的去除率达到95 %以上，可回用于包括对水质要求最高的浅色染色工艺在内的印染生产工序。Amar等采用该技术处理印染厂出水，出水效果达到了生产回用的要求。
3.1其他组合工艺
由于膜技术对进水水质要求较高，因此，一般需要经过适当预处理之后的废水才能进行膜处理。何耀忠等[16]采用“一体臭氧BAF+上流式BAF”组合工艺深度处理纺织印染废水，可为膜分离系统提供稳定可靠的进水。一体臭氧BAF在臭氧投加量为20——30mg/L时，具有最佳运行效能。结合后续曝气生物滤池，出水COD<40mg/L、BOD<10mg/L、SS<10mg/L、色度<4倍。膜分离系统中，反渗透产水完全满足染整工艺用水要求，膜滤浓缩液COD<100 mg/L、BOD<30mg/L、SS<50mg/L、色度<32倍，可达标排放。该联合工艺不但保证膜滤浓缩液达标排放，解决了过往工程应用中，膜滤浓缩液的后续处理难题，并可带来显著的经济效益，为纺织印染行业废水深度处理及回用设施的升级改造提供了一种新的解决方案。齐鲁青等采用预处理系统(臭氧-曝气生物滤池一体化装置+曝气生物滤池)和膜系统(超滤+反渗透)的组合工艺深度处理印染纺织废水。试验表明，臭氧氧化和BAF生物截留吸附作用使预处理系统保证了膜进水水质，经膜系统处理后，淡水回用，浓水仍然可以达标排放。预处理系统较佳运行参数为：气水比为5，有机负荷分别约为2.1、1.0 kg(COD)/m3，溶解氧质量浓度为3.8 mg/L，水温35——40 ℃;臭氧直接通入曝气生物滤池，形成臭氧-曝气生物滤池一体化装置，臭氧投加量宜在20——30mg/L。当预处理系统进水COD质量浓度平均值为101.3mg/L，浊度为8.0NTU，SS质量浓度为21.9mg/L，氨氮质量浓度3.4mg/L，色度21倍，经过预处理系统稳定处理，出水COD质量浓度平均值可降至7.4mg/L，浊度为4.2 NTU，SS质量浓度为3.0mg/L，氨氮质量浓度0.7mg/L，色度2倍。预处理系统高效去除污染物，有效地保证了膜系统进水水质。测定浓水pH 7.3——8.3，色度32倍，COD质量浓度45.7——97.9mg/L，可直接排放。膜系统稳定运行期间，RO产水pH在7.4——7.9，电导率则在50——200μs/cm，平均脱盐率可达98.2%;总硬度2——10mg/L，平均去除率为89.2%;总碱度25——65 mg/L，平均去除率为95.0 %。
4、结语
印染废水已经对我国水环境构成严重威胁，随着人们环保意识的增强，印染废水深度处理和回用越来越受到政府的关注。 针对印染废水深度处理的单一技术较多且各具优缺点，但均难以达到排放及回用标准，要根据印染废水水质的特点，合理选择和优化组合处理工艺。 膜分离技术是印染废水深度处理的一个重要研究方向。