现阶段印染废水的主要处理模式研究

王卫锋

（苏州市常熟环境监测站，江苏 常熟 215500）

引言

印染废水是指纺织印染生产过程中产生的废水，是纺织行业的主要污染源之一，印染废水中含有大量的难降解有机物、无机盐及染料等，而且这些污染物的浓度高、色度大。目前，我国印染废水排放主要以直接排放为主，部分企业会采用预处理工艺，如调节pH值、添加混凝剂形成混凝沉淀等，以达到降低废水中COD含量的目的。随着经济发展水平的提高和人们生活质量的改善，对纺织印染产品质量提出了更高要求。因此，现阶段纺织印染废水处理技术和工艺具有广阔的发展前景。

1 印染废水的特征

1.1 水量大，水质波动大

由于印染工序的多样性，导致印染废水的成分复杂。根据生产工艺的不同，各个工序产生的废水成分也不同，如退浆工序产生的废水中含有大量纤维素和蜡质，由于工艺过程中洗涤水是反复使用，因而退浆废水的水质成分十分复杂；退浆工序产生的煮炼废水含有大量蛋白质和油脂以及大量的生物可降解性有机物，是难处理的工业废水之一[1]。同样，丝光和漂白废水中含有大量漂白剂、烧碱等物质，也是难处理的工业废水之一。

1.2 色度高，生物毒性强

印染废水中含有染料、浆料、助剂、油类和纤维等物质，这些物质大多数是易溶于水的，也有一部分难溶于水，在废水中呈现悬浮状态。所以印染废水的色度高，一般在1 000倍以上，而有些染料废水的色度可高达万倍。由于染料来源不同，其色泽也不同，但在染料生产过程中都会加入一些色素以使染料有较好的着色性能。因此印染废水中除了含有有机污染物外，还含有无机污染物。其中的有机物主要是有机碳，无机物主要是金属盐（如Cu、Zn、Fe等）和无机盐（如Na、K、Cl等）。这些物质不仅对水生生物有毒害作用，而且还会影响其体内的酸碱平衡。有些染料本身还具有一定的毒性，如某些颜料在生产过程中会引入有毒物质和重金属元素，而这些有毒物质和重金属元素在印染废水中的含量通常很高，甚至比有机污染物的含量还高。

1.3 水质水量变化大，处理难度高

印染废水中的污染物浓度高，可生化性差，其水质水量变化较大，水质成分复杂。染色、退浆、煮炼等工序使废水中的CODCr和色度大幅度提高，导致废水的可生化性变差。退浆废水中含有大量纤维素和蜡质等物质，这些物质是微生物繁殖和生长的良好基质，因而退浆废水是印染行业最难处理的一类废水。煮炼废水中含有大量乳化油、油溶性色素及表面活性剂等难降解物质，使其水质水量变化很大。丝光、漂白等工序产生的废水中含有大量色素和染料，COD含量高，也使其成为印染行业最难处理的一类废水[2]。因此，印染企业必须要采用科学有效的方法对水质水量变化大、难降解物质多的印染废水进行处理。

2 现阶段印染废水的主要处理方式

2.1 物理法

物理法是通过物理作用去除污染物的方法，具有操作简单、无二次污染的特点，在印染废水处理中应用广泛。

2.1.1 吸附法

吸附法是利用具有吸附能力的物质，对废水中的污染物进行分离，如活性炭、沸石、活性炭纤维等。在吸附过程中，污染物与吸附剂之间的作用力为范德华力，吸附剂可以通过范德华力与污染物相结合，从而达到净化废水的目的。

2.1.2 过滤法

该方法是利用介质来分离悬浮颗粒或胶体颗粒，从而去除水中悬浮颗粒或胶体颗粒。过滤法可分为过滤和气浮两种方式。过滤方式可有效去除水中的杂质和悬浮物等，但由于需要更换滤料或过滤器，因此运行成本较高。气浮方式是利用溶解在水中的气体与废水中的污染物相结合，达到净化废水的目的。在气浮过程中，污染物会吸附在气泡上形成浮渣，然后上浮到水面。虽然浮出物可以被再次利用，但还是会增加水处理成本[3]。

2.1.3 絮凝法

絮凝法是通过絮凝剂和水发生反应，在水中形成大分子聚合物和细小悬浮物颗粒的过程。絮凝后废水中的杂质被吸附在大分子聚合物上，从而达到净化废水的目的。

2.2 化学法

化学法是通过化学反应对废水中的污染物进行分解和去除的方法。常用的化学法包括混凝沉淀法、混凝气浮法、铁碳微电解法、吸附法等。

2.2.1 混凝沉淀法

该方法是将废水中的污染物进行分离和去除，其原理是利用絮凝剂或化学药剂与废水中的污染物发生反应，使污染物与水分离，达到净化的目的。常见的絮凝剂有明矾、聚合硫酸铁、聚合氯化铝等。混凝沉淀法通常需要投加混凝剂，其投加量因废水水质而定，通常为5～15 mg/L，投加量越大，废水处理效果越好。混凝沉淀法主要应用于色度较高的印染废水处理，一般可以去除70%以上的色度，并且废水中COD的含量也能达到100 mg/L以下。混凝沉淀法通常分为聚合氯化铝铁盐混凝剂、聚合硫酸铁铁盐混凝剂、聚合硫酸铝铁三种。

2.2.2 混凝气浮法

混凝气浮法是利用空气或空气与水形成气液两相界面上发生的气液两相分离现象进行净化处理，其原理是将水中分散的胶体颗粒或悬浮物通过气浮作用进行分离和去除。常见的气浮法包括空气浮选和空气沉淀两种。空气浮选主要用于处理含有悬浮固体物和大分子有机物的印染废水，可以有效去除印染废水中的悬浮固体，同时还能除去废水的部分色度。空气沉淀法则是在搅拌条件下将絮凝后的活性污泥悬浮液通过重力作用排出。由于该方法具有高效、灵活等优点，因此应用较为广泛。

2.2.3 铁碳微电解法

铁碳微电解法是利用铁与碳发生电化学反应而去除污染物的方法。该方法具有工艺简单、易于操作、成本低等优点，目前在印染废水处理中应用较为广泛。

2.2.4 吸附法

吸附法是利用活性炭、树脂等对印染废水中的污染物进行吸附的方法。吸附法可以有效去除废水中部分有机污染物，同时也能除去废水的大部分色度，但是其成本较高。

2.3 生物法

生物法是利用微生物的代谢作用，将废水中的污染物转化为稳定的无害物质，从而达到净化废水的目的。该方法具有成本低、处理效率高、不产生二次污染等优点，目前被广泛应用于印染废水处理领域。

目前，常用的生物处理技术主要有活性污泥法和生物膜法。活性污泥法是最早应用于印染废水处理的技术之一，是指将一定数量的微生物接种于一个密闭、充满液体的系统中，通过微生物分解和转化废水中的有机污染物，达到净化水质的目的。生物膜法是一种新型生物处理技术，是指将厌氧和好氧微生物混合在一起形成一层生物膜，并利用其截留悬浮固体和有机物等杂质，从而使废水得到净化。该技术具有处理效果好、成本低等优点。另外，印染废水的生物处理方法还包括好氧处理和厌氧处理两种方式。好氧处理是指将含有污染物的废水中的有机物完全氧化为无害物质；厌氧处理是指利用微生物分解废水中有机物和氧气的化学反应并生成二氧化碳和水。由于印染废水中含有大量有机污染物，因此需要加入一定数量的活性污泥才能将其完全去除。目前，好氧生物处理技术还处于起步阶段，其应用范围还不够广泛。

2.4 新型处理工艺

新型处理工艺是指利用膜分离技术处理污水，具有高效、节能、操作简单等优点，应用范围十分广泛。在印染废水处理中，膜分离技术被广泛应用，并取得了良好的效果。膜分离技术包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等方法。在微滤过程中，污水中的悬浮物和胶体物质被截留下来，提高了水中悬浮物的去除率；在超滤过程中，污水中的悬浮物被截留在膜表面，从而提高了滤膜表面的生物量；在纳滤过程中，污水中的胶体物质被截留下来，从而提高了滤膜表面的生物量。因此采用微滤和超滤等方法可以有效去除印染废水中的悬浮物、胶体物质和化学需氧量（COD）。反渗透工艺是指水经过反渗透膜过滤后，将水中的污染物截留下来。反渗透法作为一种新型工艺具有很高的去除率。目前对反渗透工艺的研究较为广泛，但是目前对于反渗透膜过滤技术在印染废水处理中的应用还没有完善的研究成果，因此对其进行深入研究具有重要意义。

3 水解酸化—接触氧化法处理印染废水的效果

3.1 处理工艺

在该体系中，利用水解酸化技术对污水进行了厌氧处理，使污水的可生物降解性能得到了极大地提升，从而为后期的生物处理提供了良好的环境。在该过程中，接触氧化过程被应用于好氧过程。该方法以固定型生物填料为基体，将含有菌种的基体浸没于水中，并通过通气方式为菌种提供氧气。生物接触氧化技术是一种高效、稳定、高效的处理方法，其优势在于具有良好的生物活性。

3.2 系统运行效果

废水各处理单元的运行效果见表1。

表1 各工序对污染因子的处理效果

3.3 投资及运行成本

本项目计划投资557 000元人民币，建筑面积为310 m2。污水处理场的总装机容量为48.6 kW，用电容量为253.26 kW/D。每吨操作费用为1.88元，包括每吨人工0.37元，每吨电费0.54元，药剂费用0.89元，每吨污泥运输费用0.08元。

3.4 经济指标优势

从总体看，本次设计对“水解酸化一接触氧化”的应用范围进行了更大的拓展，具有工艺简单、设备少、造价低、运行管理方便、处理效率高等许多优势，并且在运行时具有良好的污泥沉降性能与耐冲击负荷，因而处理能力较高，通常不会出现污泥膨胀现象。此外，该系统还具有运行模式的灵活性，与其他方法相比，其建设费用和运行费用都属于较低水平。

4 高级氧化技术在印染废水处理中的应用

4.1 光催化氧化技术

光催化氧化技术是指利用半导体光催化剂在紫外线和可见光的照射下产生电子-空穴对，从而使难降解的有机污染物降解。光催化氧化技术具有操作简单、处理效率高等优点，被广泛应用于印染废水处理中。研究表明，将TiO2作为催化剂，在紫外光和可见光照射下可降解废水中的CODCr、色度等多种污染物。在TiO2光催化剂的作用下，活性污泥对印染废水中CODCr的去除率高达90%以上。张翔宇等通过光催化氧化技术处理印染废水，经活性炭吸附-光催化氧化处理后的废水中COD的去除率达到90%以上，色度去除率也达到95%以上[4]。与其他高级氧化技术相比，光催化氧化技术具有能耗低、操作简单、无二次污染等优点，因此在印染废水处理中具有很好的应用前景。但目前该技术仍然存在催化剂活性低、催化剂回收困难、废水处理成本高等问题。

4.2 臭氧氧化技术

臭氧（O3）是一种强氧化剂，其氧化性与有机污染物的结构相似，能在极短时间内将有机物氧化分解，同时还能与废水中的有机污染物发生反应，形成新型、高效的降解产物。臭氧具有极强的氧化能力，可将废水中的有机污染物全部氧化分解，因此在印染废水处理中得到了广泛应用。臭氧对水中有机物的氧化主要包括直接氧化和间接氧化。直接氧化是指臭氧在水中直接与有机物反应；间接氧化是指利用臭氧在水中分解产生的活性氧自由基（·OH）和超氧自由基（O-2）氧化有机物。目前，臭氧氧化法主要用于去除废水中的色度、COD等，应用较多的是在酸性条件下对印染废水进行处理。与其他高级氧化技术相比，臭氧氧化技术具有反应速度快、可连续运行、氧化性能强等优点。但是，由于O3是一种强氧化剂，因此会对水体中的微生物产生不利影响，尤其是对微生物细胞有一定的毒性作用。另外，O3对有机物具有一定的选择性，只有少量有机物可以被分解成CO2和H2O。因此，臭氧氧化法在实际应用中存在处理效率低、处理成本高等问题。

4.3 电化学氧化法

电化学氧化技术是将电极作为氧化反应的反应器，以电流形式对水中的污染物进行氧化去除。电催化氧化法是目前研究最广泛的电化学高级氧化技术，该技术通过电流产生的活性自由基，与污染物发生氧化反应，将污染物转化为低毒或无毒物质。李凤娟等采用电化学方法处理印染废水时，在以铂碳电极为阳极的电解装置中，经催化氧化后，COD的去除率达80%以上[5]。吴江伟等对以铂电极为阳极的电解槽进行了研究。结果表明，在pH值为5～8、反应时间为1 h、温度为30 ℃时，在该电解槽中处理印染废水时 COD去除率达40%～60%[6]。陈雪文等采用电化学方法对印染废水进行处理时，研究了电流强度、电极间距和电解时间对印染废水中COD去除率的影响。结果表明：随着电流强度和电极间距的增加，COD的去除率得到提高；随着电解时间的增加，COD去除率呈先升高后降低的趋势；在电流强度为0.1 A/cm2、电极间距为1.0 cm时处理效果最好[7]。

5 结语

在印染行业中，采用新型生物处理技术能够将废水中的污染物含量降到最低，从而实现节能减排和环境保护的目标。但是由于我国在该方面的技术研究起步较晚，在新工艺、新技术的推广应用上存在着一定的困难。但是随着人们环保意识的不断提高和我国政府对环保工作的重视，我国印染行业在技术方面会得到进一步改进和提升，使我国印染行业更加清洁、高效、健康地发展，为我国经济建设做出更大贡献。