紡織染整加工的廢水處理與分析

紡織染整加工的廢水處理與分析

1染整廢水的生產(chǎn)紡織工業(yè)和化肥一樣，在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)造成各種污染，尤其是紡織印染和紡織加工中的大量廢水。相比之下，紡織工業(yè)和紡織生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水要少得多。這些染整廢水主要來(lái)源于退漿、煮練、漂白、染色、印花及整理的多個(gè)工序,廢水中污染物主要是加工中使用的助劑、染料和整理劑等。與染整加工造成的大氣和土壤污染相比,廢水的污染要嚴(yán)重得多。2染整生產(chǎn)設(shè)備和工藝對(duì)耗水量的影響紡織品染整濕加工過(guò)程中,水資源的消耗主要集中在兩個(gè)方面,一部分用于練液和染浴的配備,另一部分主要用于練染后的水洗。除此之外,作為染整濕加工主要熱源的蒸汽,其制備過(guò)程也要消耗部分水資源。染整生產(chǎn)中不同的設(shè)備構(gòu)造和加工工藝對(duì)耗水量的高低影響較大,如采用絞紗染色機(jī)的浴比一般不低于1∶10～1∶15,而卷染機(jī)則為1∶3。另外,同樣的設(shè)備進(jìn)行不同的紡織品加工時(shí),其耗水量也不完全相同,表1列出了部分紡織品染整加工的耗水量統(tǒng)計(jì)。3廢液的傳統(tǒng)排放廢水紡織品生產(chǎn)中的廢水主要來(lái)自染整濕加工,不同類(lèi)別紡織品的染整加工工藝各不相同,產(chǎn)生的染整廢水成分也相差較大,因此目前尚沒(méi)有單一成熟的工藝適用于所有染整廢水的處理。在染整廢水的化學(xué)組成中,既有織物在退漿、煮練和漂白過(guò)程中分解出的漿料和雜質(zhì),也包括染整加工中添加的染化料,這些染化料主要來(lái)自染色中未與纖維鍵合的染料、整理劑和添加的酸、堿、鹽、表面活性劑、消泡劑和熒白增白劑等。目前,廢水的污染程度及其對(duì)環(huán)境的影響主要通過(guò)如下幾種方法測(cè)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)化學(xué)需氧量:酸性條件下以重鉻酸鹽回流處理廢水,以污染物消耗氧化劑的量表示。(3)總有機(jī)碳:廢水中所有懸浮和溶解的有機(jī)污染物中所含有機(jī)碳的總和。(4)溶解有機(jī)碳:廢水通過(guò)離心和過(guò)濾后可溶性有機(jī)物所含有機(jī)碳數(shù)。(5)可生物降解性:廢水通過(guò)特定條件下生物處理后,其污染物生物分解程度。(6)有機(jī)物去除率:包括通過(guò)生物吸附和生化分解的污染物量。紡織品染整濕加工中,漂白和水洗的耗水占生產(chǎn)用水總量的75%,但對(duì)BOD影響只占6%,排放的污染物占總量的6%。相比之下,退漿和煮練雖然耗水量只占6%,但排放的污染物卻占BOD值的75%。染色廢水的BOD值一般占廢水總污染度的10%～20%,在羊毛染色中其比重還會(huì)更高些。合成纖維織物染整生產(chǎn)中耗水量與天然纖維相似,但廢水的BOD值卻較低,這是因?yàn)楹侠w本身含雜率較低的原因。棉織物前處理加工中產(chǎn)生的堿性廢液通常含有大量的漿料、纖維雜質(zhì)及電解質(zhì),廢水排放量比染色和整理多得多。染色生產(chǎn)中,滌綸載體染色廢液的有機(jī)污染物濃度最高;棉織物還原、硫化或活性染料染色和尼龍分散染料染色的廢液中,有機(jī)污染物濃度中等;棉織物直接染料染色、羊毛和尼龍酸性染料染色及腈綸陽(yáng)離子染料染色的廢液中,有機(jī)污染物濃度最低。在無(wú)機(jī)污染物含量方面,棉織物活性、還原和硫化染料染色的廢液中濃度較高;直接、酸性和陽(yáng)離子染料染色的廢液中濃度較低,而尼龍和滌綸染色廢液中最低。傳統(tǒng)印花方法是采用水溶性染料、分散染料或涂料,配成色漿后印制到織物表面。而滌綸織物的轉(zhuǎn)移印花則不需要配制色漿,不但能印得精細(xì)花型,而且整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中耗水量極低。因此,印花生產(chǎn)中的廢水主要來(lái)自于傳統(tǒng)印花。在印花后的水洗過(guò)程中,印花過(guò)程中織物上未固色染料或顏料、粘合劑或增稠劑、堿劑、還原劑、重金屬鹽及有機(jī)溶劑、糊料等通過(guò)水洗從織物上脫落下來(lái),從而構(gòu)成了印花廢水的主體。染整廢水中常見(jiàn)的主要污染物分類(lèi)見(jiàn)表2。4表面改性與加工工藝并重不同紡織品染整濕加工方法不同,可采用的節(jié)水和降低排污量的方案也有所區(qū)別,具體包括:采用經(jīng)濟(jì)有效的管理方法、優(yōu)化現(xiàn)有工藝流程、加強(qiáng)設(shè)備構(gòu)造改進(jìn)和采用新型加工工藝。前兩者主要是通過(guò)現(xiàn)有條件下合理改進(jìn)實(shí)現(xiàn),后兩者則需要對(duì)設(shè)備和部分工序作改造。近年來(lái),為降低染整廢水中染化料等污染物的排放量,減少?gòu)U水對(duì)環(huán)境的污染和危害,不少新型生物技術(shù)及工藝在紡織品化學(xué)加工中得到應(yīng)用。以下以生物酶為例,簡(jiǎn)介其在染整生產(chǎn)中的應(yīng)用。4.1退漿、壓漿過(guò)程紡織生產(chǎn)中常用的漿料為淀粉漿及其衍生物,傳統(tǒng)的退漿方法有氧化劑退漿、酸退漿等。這些退漿方法的缺點(diǎn)在于退漿過(guò)程中,若工藝控制不當(dāng),極易對(duì)纖維產(chǎn)生損傷,且加工中廢水排放量較大。采用淀粉酶和脂肪酶進(jìn)行酶退漿,不但能徹底去除織物上漿料,對(duì)織物損傷少,而且生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境污染較少。4.2提高織物潤(rùn)濕性棉織物煮練的目的在于去除纖維上非纖維雜質(zhì)。傳統(tǒng)的煮練方法將棉織物在高溫強(qiáng)堿條件下處理,以提高織物的潤(rùn)濕性,滿足染色、印花與后整理的要求。而采用果膠酶和脂肪酶復(fù)合取代傳統(tǒng)的濃堿煮練,不但能使織物獲得相同的吸水性,且廢液中可溶性雜質(zhì)的濃度增加。4.3殘留氯的去除漂白的目的在于去除織物上色素,提高織物白度。漂白后若織物上殘留的漂白劑去除不凈,將會(huì)影響后道染色,因此染前必須充分去除殘留漂白劑。在不同的漂白方法中,氯漂易產(chǎn)生有毒的氯化有機(jī)物(如AOX),而氧漂不但能有利于布面殘留氯的去除,而且能使氯漂后的白度提高。氧漂結(jié)束后采用過(guò)氧化氫酶處理,能使布面殘留的過(guò)氧化氫進(jìn)一步分解成氧氣和水。4.4保險(xiǎn)粉和堿劑提取染色、印花后通過(guò)水洗能去除布面浮色,提高水洗牢度和色澤鮮艷度,常用的凈洗劑為保險(xiǎn)粉和堿劑等。采用酶洗工藝,不但能達(dá)到相同的水洗效果,而且燒堿和保險(xiǎn)粉的消耗量減少,污水排放量降低。4.5織物表面的毛羽纖維素酶可應(yīng)用于織物的拋光整理,通過(guò)去除纖維素纖維織物表面的毛羽,提高織物表面的光澤感和平滑度,對(duì)起毛起球現(xiàn)象也有所減輕。采用纖維素酶不但能獲得較好的整理效果,而且避免了化學(xué)助劑整理帶來(lái)的高污染。4.6從細(xì)到細(xì),從細(xì)到成氨基酸脫膠的主要目的是去除絲纖維中的絲膠。酶脫膠常用的蛋白酶包括胰蛋白酶、胃蛋白酶等,通過(guò)將絲膠大分子多肽鏈水解成氨基酸,達(dá)到精練的目的。酶脫膠后的織物不但具有較好的潤(rùn)濕性,強(qiáng)力損失小,而且白度、光澤感和染色飽和值都大大提高。4.7防氈縮方法羊毛纖維本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了毛織物(機(jī)織或針織)特有的氈縮性。傳統(tǒng)的防氈縮方法是采用氯化防氈縮或過(guò)硫酸防氈縮的方法,通過(guò)破壞羊毛的鱗片層達(dá)到防氈縮的目的,但氯化法存在排放有毒AOX廢水的缺點(diǎn)。采用生物酶進(jìn)行羊毛的防氈縮加工,通過(guò)增加大分子肽鏈間的交聯(lián),能提高毛織物的防氈縮性。5廢水處理方面染整廢水的處理可分為三種不同的方法:物理處理法、化學(xué)處理法和生物處理法,其主要處理方法見(jiàn)表3。首先采用物理處理法,主要目的是去除廢水中的纖維毛羽、染化粒子及顆粒物等。具體方法包括過(guò)濾、沉淀、浮選、分餾和絮凝等。在處理過(guò)程中,廢水中的懸浮物通過(guò)細(xì)分后形成較稠的漿狀液,加入絮凝劑后在平衡槽中形成沉淀從廢水分離。形成的絮結(jié)物越大,則越有利于徹底和快速分離,常用較為有效的絮凝劑是聚合電解質(zhì)。物理法對(duì)廢水色度的去除效果較小,如果在處理過(guò)程中結(jié)合使用化學(xué)處理法,則能使廢水的色澤得到明顯改善。其次是對(duì)廢水中有機(jī)污染物的去除。對(duì)于有機(jī)污染物的去除,必須綜合使用物理—化學(xué)處理法和生物氧化處理法。生物處理方法盡管較經(jīng)濟(jì),但若單獨(dú)使用,并不能去除廢水的色度,且COD和電解質(zhì)的去除效果也不太理想。不同的染整廢水處理方法分述如下。5.1膜過(guò)濾法和反滲透法物理處理法中沉淀法是最常用的一種廢水處理方法,不溶性顆粒在重力的作用下先沉淀形成污泥,然后再?gòu)膹U水中沉淀分離出來(lái)。絮凝法作為一種較為成熟的促進(jìn)污染物分離的方法,也是一種通過(guò)形成化學(xué)沉淀來(lái)提高沉淀和浮選效率的方法。處理過(guò)程中,廢水中的固體粒子能絮凝在凝結(jié)劑的表面,生成大量的絮結(jié)物,通過(guò)過(guò)濾、沉淀或浮選得到去除。絮凝作用產(chǎn)生的原因包括兩方面,一方面絮凝劑降低了微粒表面的電動(dòng)勢(shì),使它們能相互接近,并隨機(jī)形成較大的聚集體;另一方面,助凝劑(如活性硅或合成聚合電解質(zhì))能促進(jìn)絮狀物的增長(zhǎng)來(lái)提高分離速度。通過(guò)膜過(guò)濾的超濾和反滲透得到的較濃的染液,可通過(guò)蒸發(fā)和焚燒完成進(jìn)一步處置。膜超濾可用于分散染料的回收與再用,還可用于從絲光廢液中回收靛青、活性染料、聚乙烯醇和燒堿。Verkateswaran的研究結(jié)果表明,采用反滲透技術(shù)進(jìn)行不同紡織品的染整廢水處理,不但對(duì)部分污染物處理效果較好,而且通過(guò)污染物的回收,其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性也較強(qiáng)。Brandon和Porter采用表面覆以過(guò)氧化鋯/聚丙烯酸酯雙層涂膜的多孔性陶瓷和活性炭載體進(jìn)行廢水處理,不但使合纖染色廢水中TOC被降低85%,色度去除99%,而且85%～90%的水得到回收利用。Macrosorb還介紹了采用離子交換、絮凝劑、吸附劑等進(jìn)行脫色的產(chǎn)品,并表示具有較好降低COD和BOD的效果。γ輻射是第三類(lèi)廢水處理的技術(shù),與分離技術(shù)相比它具有一定破壞性。該方法在染色廢水的脫色和降低COD方面有一定效果。其他的物理處理法中,近來(lái)取得重要進(jìn)展的是吸附法?；钚蕴渴菓?yīng)用較為廣泛的吸附劑,處理過(guò)程中,高分子量染料被吸附在活性炭表面,而分子量較小的有機(jī)分子則能通過(guò)?；钚怨柙趶U水處理中主要用作為絮凝劑,能促進(jìn)沉降池內(nèi)絮狀物的形成,即使在低溫情況下也具有較好的效果。另外,有機(jī)硅吸附劑樹(shù)脂也用于蒽醌類(lèi)酸性染料的吸附。高嶺土中的膠體礦物主要由水合鋁硅酸鎂組成,與斑脫土和蛭石一樣,對(duì)廢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劑,而硅土是最昂貴的。其他可作為吸附劑的還包括炭化木材、炭化毛纖維等。5.2染料和穩(wěn)定劑盡管重金屬在生物體生長(zhǎng)過(guò)程中必不可少,但當(dāng)過(guò)量存在時(shí),往往具有一定危害性。在廢水處理中,常用的重金屬去除方法有化學(xué)沉淀法、離子交換法和反滲透法。通過(guò)以上的處理,廢水中的重金屬最終以較氫氧化物更難溶的硫化鹽的形式去除。多數(shù)染料對(duì)氧化劑和/或還原劑都很敏感。在染色廢水的處理中,常用堿性連二亞硫酸鹽進(jìn)行偶氮染料的脫色,采用液氯、氯水或次氯酸鹽進(jìn)行各種水溶性染料的脫色。近年來(lái),采用臭氧進(jìn)行廢水脫色的應(yīng)用得到重視,試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,臭氧對(duì)活性和酸性染料廢液的脫色效果較好,對(duì)直接和分散染色廢水的脫色效果稍差,但總體上均比采用氯化法效果明顯。離子交換法基本原理是當(dāng)廢水通過(guò)樹(shù)脂表面時(shí),其中的水溶性離子能吸附在樹(shù)脂表面,直至樹(shù)脂達(dá)到飽和。交換樹(shù)脂通過(guò)回洗和酸性陽(yáng)離子溶液再生后,可重新用于廢水處理。盡管該方法對(duì)可溶性污物去除較為有效,但由于其效率較低,不太適合組分復(fù)雜的大量廢水處理。電解沉淀法通過(guò)電解質(zhì)溶液中陰極的還原作用,進(jìn)行染色廢水的處理,其處理時(shí)間一般較長(zhǎng)。溶液中的陽(yáng)極通常采用鍍有金屬氧化物的石墨和鈦組成。5.3廢水處理方面對(duì)于廢水中可生物降解的污染物,采用生物處理法處理是一種較理想的處理方法。通過(guò)在廢水中加入必要的培養(yǎng)基(如氮磷化合物),可使細(xì)菌的生物降解效率提高,污染物的去除率增加。常見(jiàn)的好氧生物處理方法包括:穩(wěn)定塘、氧化塘、生物濾池和活性污泥法。穩(wěn)定池通常為1～2m深,通過(guò)水池表面大氣或藻類(lèi)供氧,對(duì)于BOD值較低的廢水,其處理時(shí)間一般為5～25d。氧化塘較穩(wěn)定池深,對(duì)降低BOD值較為有效,處理時(shí)間也較短,一般為2～10d。好氧處理法中最常用的方法是采用好氧微生物進(jìn)行生物降解。在擴(kuò)散曝氣或機(jī)械曝氣的條件下,通過(guò)活性污泥的連續(xù)接觸,促使廢水中有機(jī)污染物分解。實(shí)踐表明,采用微生物固體化反應(yīng)器,能為更多數(shù)量的微生物反應(yīng)提供有利的條件。濾池并不是真正的過(guò)濾器,而是一種由硬質(zhì)材料構(gòu)成,并能為生物膜提供附著場(chǎng)所的裝置。廢水處理時(shí),通過(guò)布水裝置將廢水均勻分布在濾料表面。當(dāng)廢水通過(guò)載體的微孔滲透到達(dá)濾料表面的菌體表面時(shí),廢水經(jīng)布水裝置后進(jìn)入濾池。這些條件為微生物提供了有機(jī)物,有利于菌體的生長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)該裝置處理后,廢水得到凈化。處理效率主要取決于濾池本身的結(jié)構(gòu)、廢水中有機(jī)污染物的濃度、廢水的處理負(fù)荷和水溫。早期的濾料以木質(zhì)板條、礦砂和爐渣構(gòu)成,但其成本過(guò)高。近來(lái)被簡(jiǎn)化為采用塑料,不僅價(jià)格便宜,而且對(duì)降低BOD的效果也較明顯。目前很多新型生物技術(shù)都可用于廢水的處理,既可單獨(dú)使用,也可與物理和化學(xué)處理法聯(lián)合使用,這些技術(shù)在印染廢水的脫色方面具有較好的效果。染料生產(chǎn)商和用戶(hù)也在對(duì)這些生物技術(shù)的可行性進(jìn)行研究,以實(shí)現(xiàn)廢水的色度降低、BOD、COD和TDS減少等。如果廢水處理問(wèn)題得不到解決,未來(lái)紡織品染整加工的生產(chǎn)成本將會(huì)翻倍。5.4新技術(shù)在發(fā)展中的處理5.4.1反應(yīng)時(shí)間的影響Galindo和Kalt利用紫外輻射和過(guò)氧化氫進(jìn)行了廢水脫色的研究。結(jié)果表明,單獨(dú)使用紫外輻射或過(guò)氧化氫,對(duì)廢水的脫色效果較差。當(dāng)兩者并用時(shí),通過(guò)反應(yīng)后生成了過(guò)氧羥自由基,提高了廢水的脫色效果。Kos,Perkowski和Ledakowicz也進(jìn)行了類(lèi)似的研究。他們采用臭氧、過(guò)氧化氫和紫外輻射,對(duì)羊毛和合纖的染色廢水進(jìn)行了試驗(yàn),具體包括紫外輻射+過(guò)氧化氫、過(guò)氧化氫+臭氧和過(guò)氧化氫+紫外輻射+臭氧,處理溫度為25～55℃。試驗(yàn)結(jié)果顯示,