粘膠纖維生產(chǎn)廢水治理的改進(jìn)工藝

目前，全世界粘膠纖維產(chǎn)量占化纖總產(chǎn)量的1/3左右，我國粘膠纖維年產(chǎn)達幾十萬(wàn)噸，是主要的化纖品種。粘膠纖維的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的酸、堿廢水，其直接排放將造成嚴重的水污染和大量纖維資源的流失浪費。由于粘膠纖維生產(chǎn)混合廢水的酸性很強且富含鋅鹽和硫化物，治理難度較大，采用常規的物化+生化治理工藝存在運行效果不夠穩定、占地面積大和投資高等問(wèn)題，急需研究開(kāi)發(fā)既可靠又經(jīng)濟的治理新工藝。

1 廢水概況

1.1 廢水來(lái)源［1］

粘膠纖維生產(chǎn)廢水主要包括酸性和堿性廢水兩大類(lèi)，其中酸性廢水主要來(lái)源于紡絲車(chē)間和酸站，包括塑化浴溢流水、洗紡絲機水、酸站過(guò)濾器洗滌水、洗絲水和后處理酸洗水等；堿性廢水主要來(lái)源于堿站排水、原液車(chē)間廢水膠槽及設備洗滌水、濾布洗滌水、換噴絲頭時(shí)的帶出水和后處理的脫硫廢水等。

1.2 廢水水量及特征污染物

粘膠纖維生產(chǎn)過(guò)程中廢水排放總量大致為：短纖維300m3/t，長(cháng)纖維1200m3/t。粘膠纖維生產(chǎn)混合廢水中的特征污染物為硫酸、硫化物、鋅鹽和纖維素。其中硫酸、硫化物(主要是H2S、CS2等)和鋅鹽污染主要來(lái)自粘膠成形工段廢水，且鋅鹽主要以硫酸鋅和纖維素磺酸鋅的形式存在；纖維素主要是由于堿性廢水中的粘膠纖維素與酸性廢水混合后酸析而產(chǎn)生。

2 常規治理工藝

2.1 一級物化處理

目前，國內粘膠纖維生產(chǎn)廢水的一級物化處理工藝普遍采用如圖1所示的流程。粘膠纖維生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的酸性廢水和堿性廢水經(jīng)混合中和、曝氣吹脫硫化物、加石灰乳除鋅和沉淀澄清后，出水很難達到國家排放標準，尤其是廢水的S2-、Zn2+和COD等不易達標。

存在的問(wèn)題：

① 廢水經(jīng)混合后酸性仍較強(pH＝2～3)，此時(shí)原廢水中的粘膠纖維素大量地被酸析出來(lái)，而纖維素體積質(zhì)量小，以常規的沉淀方式難以徹底去除，從而影響出水水質(zhì)，造成COD超標和資源的流失浪費。

② 該工藝主要通過(guò)曝氣吹脫方式去除硫化物(如H2S、CS2等)，但受到諸多因素的影響，吹脫效率不是很高，出水常會(huì )出現S2-超標的現象。

③ 在加石灰乳除鋅的沉淀過(guò)程中，由于其沉淀反應的最佳pH值范圍較窄(pH＝8～9)，反應條件難于控制，加上人工投藥，出水常出現Zn2+超標的現象。

④ 由于混合廢水的pH值較低，要達到后續的沉淀反應條件需投加大量的石灰乳液，這一則增加了運行費用，二則產(chǎn)生的大量石灰渣增加了后續沉淀池的負荷，從而也增加了整個(gè)治理過(guò)程中的污泥處理量和處置難度。

2.2 二級生化處理

為全面提高粘膠纖維生產(chǎn)廢水治理后的出水水質(zhì)，達到國家一級排放標準，丹東化纖廠(chǎng)和山東高密化纖廠(chǎng)在國內率先采用了在一級物化處理的基礎上再加活性污泥二級生化處理工藝(如圖2所示)。

粘膠纖維生產(chǎn)廢水經(jīng)一級物化處理后，一些主要污染物(如COD、SO2-4、Zn2+和硫化物等)有相當一部分被去除，再經(jīng)后續的活性污泥二級生化處理，使得廢水中BOD5、COD等得以進(jìn)一步去除，正常運行時(shí)出水可達國家一級排放標準。

存在的問(wèn)題：

① 由于僅是在物化處理的基礎上增加了一道活性污泥生化處理工藝，故原物化處理過(guò)程中的一些問(wèn)題(如資源的流失浪費、運行費用高、泥量大)仍然存在。

② 由于前面物化處理過(guò)程的自動(dòng)化控制程度不高，運行效果不穩定，使得一級處理后的出水時(shí)常出現SO2-4、Zn2+超標的現象，而通常當SO2-4＞1000mg/L或Zn2+＞20mg/L時(shí)，微生物的生長(cháng)會(huì )受到明顯抑制，這大大影響了后續生化處理的效率。

③ 由于前面物化處理過(guò)程對COD的去除效率不高，使得廢水中酸析出的大量輕質(zhì)纖維素進(jìn)入后續的活性污泥生化處理時(shí)，污染負荷較大，活性污泥質(zhì)量不高，需要較長(cháng)的停留時(shí)間(5.7～9.5 h)，這使整個(gè)基建投資和運行成本較高，占地面積也較大。

3 改進(jìn)工藝

根據目前國內粘膠纖維生產(chǎn)廢水治理工藝存在的一些不足，結合該廢水的實(shí)際水質(zhì)水量情況，通過(guò)中試試驗研究，提出了在常規的物化+生化處理工藝的基礎上增添淺層氣浮+鐵屑過(guò)濾的改進(jìn)新工藝(如圖3所示)。

3.1 主要工藝原理

① 淺層氣浮工藝

原水從氣浮池中心的旋轉進(jìn)水管進(jìn)水，通過(guò)旋轉布水管布水，布水管的移動(dòng)速度和進(jìn)水流速相同，這樣就產(chǎn)生了“零速度”，在這種狀態(tài)下進(jìn)水不會(huì )對池水產(chǎn)生擾動(dòng)，使得顆粒的懸浮和沉降都在一相對靜止的狀態(tài)下進(jìn)行，且這類(lèi)氣浮裝置的池深一般不超過(guò)650 mm。正是依據“零速理論”和“淺池理論”，使得該裝置的進(jìn)水停留時(shí)間短(僅3～5min)，表面負荷高達9.5～12m3/(m2·h)，懸浮物的去除效率可達85%以上。

② 鐵屑過(guò)濾工藝

鐵屑過(guò)濾系統是用廢鐵屑經(jīng)預處理和活化后作填料，利用其產(chǎn)生的電化學(xué)反應的氧化還原、電附集、催化、混凝、吸附過(guò)濾等綜合效應達到處理效果［2］，其中主要作用是氧化還原和電附集。

廢鐵屑的主要成分是鐵和碳，當將其浸入電解質(zhì)溶液中時(shí)，由于Fe和C之間存在1.2V的電極電位差，因而會(huì )形成無(wú)數的微電池系統，在其作用空間構成一個(gè)電場(chǎng)［3］，其電極反應如下：

陽(yáng)極　Fe-2e→Fe2+

陰極　2H++2e→2［H］→H2↑
　    O2+4H++4e→2H2O
　    O2+2H2O+4e→4OH-

陽(yáng)極反應生成大量的Fe2+進(jìn)入廢水，形成具有較高吸附絮凝活性的絮凝劑；陰極反應產(chǎn)生大量新生態(tài)的H·，在偏酸性的條件下，新生態(tài)的H·能與廢水中的許多組分發(fā)生氧化還原反應，使有機大分子發(fā)生斷鏈降解，提高廢水的可生化性，且陰極反應消耗了大量的H+生成了大量的OH-，這使得廢水的pH值也有所提高。

3.2 工藝說(shuō)明

① 粘膠纖維生產(chǎn)中產(chǎn)生的酸性和堿性廢水按配比混合至pH＝2～3后進(jìn)入吹脫反應池，酸析出大量呈懸浮狀的粘膠纖維素，大部分H2S、CS2等成分也得以吹脫去除。

② 吹脫反應池出水進(jìn)入淺層氣浮，大量纖維素得以較為徹底的去除并回收，這既降低了后續處理的污染負荷，也實(shí)現了粘膠纖維素的資源回收。

③ 氣浮池出水經(jīng)鐵屑過(guò)濾產(chǎn)生了氧化還原和電附集作用，廢水中的主要污染物(纖維素磺酸鋅)發(fā)生了斷鏈脫鋅反應，利于后續處理對Zn2+的徹底沉淀去除，廢水的pH值和可生化性均得到了提高(pH＝5～6)，大大減少了后續中和沉淀的投堿量和污泥產(chǎn)量，也有利于生化處理過(guò)程。與此同時(shí)，該過(guò)程產(chǎn)生的大量Fe2+既可兼作絮凝劑，使后續沉淀過(guò)程中不必外加絮凝劑，又可使廢水中殘留的S2-以FeS沉淀的方式得以徹底去除。

④ 鐵屑過(guò)濾塔出水進(jìn)入曲頸槽與電石乳液(代替石灰乳，節省藥劑費用)充分混合反應，然后進(jìn)入初沉池沉淀。通過(guò)pH值自動(dòng)控制投藥系統的控制，反應pH值控制在8～8.5，此時(shí)廢水中的Zn2+被徹底沉淀去除，廢水中的絕大部分Fe2+也得到沉淀去除。經(jīng)鐵屑塔處理后的廢水，沉淀性能好(僅需0.5～1.0h即可完全沉淀下來(lái))，大大減少了沉淀池的池容；另外，出水中含有的極少量Fe2+，它是生物氧化酶的重要組成部分，同時(shí)在Fe2+→←Fe3+的過(guò)程中，電子傳遞對生化反應有刺激作用，從而使生化反應速度有所提高。

⑤ 初沉后的出水進(jìn)入好氧池進(jìn)行生物處理，由于廢水的可生化性得到了提高，使廢水中殘余的COD、BOD5能在很短時(shí)間內得到進(jìn)一步的降解去除，出水再經(jīng)二沉池沉淀后達標排放。

⑥ 初沉池和二沉池中的污泥，先經(jīng)污泥泵泵入污泥濃縮池濃縮，再經(jīng)脫水機脫水(因纖維素含量少，其脫水性能好)，產(chǎn)生的泥餅外運，濃縮池的上清液回流至好氧池進(jìn)行生化處理。

3.3 治理效果

在南平天元化纖廠(chǎng)現場(chǎng)進(jìn)行了粘膠纖維廢水的中試，原水水質(zhì)情況見(jiàn)表1。

堿性和酸性廢水按1∶2.5混合，經(jīng)處理后出水水質(zhì)能達到國家一級排放標準。試驗結果見(jiàn)表2。

① 經(jīng)淺層氣浮后的出水，其COD含量能降至250mg/L，COD的去除率能達到85.9%以上的水平，這充分說(shuō)明了淺層氣浮在本工藝中運用的合理性和優(yōu)越性。

② 廢水在鐵屑過(guò)濾塔中反應，停留30min左右后，出水Zn2+的含量＜0.05mg/L，硫化物的含量＜0.5mg/L，這充分說(shuō)明了鐵屑過(guò)濾完全滿(mǎn)足本工藝對Zn2+和硫化物的治理要求。

4 結論

通過(guò)改進(jìn)工藝的中試研究，可得出以下結論：

① 采用改進(jìn)工藝處理粘膠纖維生產(chǎn)廢水切實(shí)經(jīng)濟可行，出水水質(zhì)能穩定地達到國家一級排放標準，且能回收纖維素資源，值得在實(shí)踐中推廣應用。

② 實(shí)踐證明：淺層氣浮和鐵屑過(guò)濾在粘膠纖維生產(chǎn)廢水治理過(guò)程中的運用是合理、先進(jìn)的，徹底解決了常規處理中時(shí)常會(huì )出現的COD、Zn2+和S2-等超標的問(wèn)題。

③ 結合粘膠纖維生產(chǎn)廢水的實(shí)際水質(zhì)情況，充分發(fā)揮淺層氣浮和鐵屑過(guò)濾的特點(diǎn)和優(yōu)勢，整個(gè)工程投資和占地面積較常規方法均能節省1/3左右，也無(wú)需另外投加絮凝劑，用電石乳廢液代替石灰乳使投加量大為減少，故投藥費用也能節省近2/3。

④ 采用改進(jìn)工藝能使處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥量大為減少，大大降低了污泥的處置費用和難度。

⑤ 改進(jìn)工藝設施操作簡(jiǎn)單方便、運行可靠、自動(dòng)化程度較高。

⑥ 對粘膠纖維廠(chǎng)現有的物化+生化治理設施，利用本改進(jìn)工藝能很容易地實(shí)現技術(shù)改造。 來(lái)源：谷騰水網(wǎng)