我国作为纺织印染生产大国,加工能力位居世界首位。2010 年,中国纺织业的纤维加工总量达 4130 万吨,占世界总量的 52%-54%;纺织品服装出口总额为 2120 亿美元,占世界纺织品出口总额的 34%,已然成为世界纺织印染业中规模Zui大的国家。
然而,行业发展背后也伴随着产量下滑的趋势。2013 年全年中国印染布产量为 542.36 亿米,同比下降 2.21%;2014 年全年中国印染布产量为 536.74 亿米,同比下降 2.50%,这表明我国印染行业面临着激烈的市场竞争和挑战。
在环境污染方面,2010 年《中国环境统计年报》显示,纺织行业在中国 39 个主要工业的 COD 排放量排名第四,总废水排放量排名第三,年排放约 25 亿吨废水。
其废水排放具有显著的集中性:从来源看,纺织行业废水中染整废水约占 80%,化纤生产废水量约占 12%,另外 8% 是其它纺织废水;从地域看,浙江、江苏、山东、广东和福建 5 省的染整废水总量约占全国染整废水排放总量的 90%。
1.1 印染行业废水的主要特征•一是 “板块经济” 活跃,污染相对集中,集中处理趋势明显。随着我国纺织印染业的发展,“板块经济” 愈发显著,如江苏盛泽的丝绸市场、浙江绍兴的面料市场等,形成了完整的产业链,各地也相继建立纺织印染工业园区。
印染企业的高度集中带来了废水排放的相对集中,浙江、江苏、广东、山东、福建五省印染产量和废水排放量均占全国的 86.5%。
印染废水处理也从分散式管理逐渐向集中处理转变,例如广东新塘工业区污水处理厂日处理能力达 30 万吨,浙江绍兴已建成日处理 90 万吨污水处理厂,江苏省按村、镇进行集中处理,日处理能力从 1 万吨到 6 万吨不等。
•二是印染废水处理水平逐步提高。经过多年努力,大部分印染企业都建造了废水处理设施,能够基本达标排放。特别是近几年,印染发达地区建设印染废水集中处理厂,进一步提升了处理水平。
•三是部分地区提高排放标准,部分企业逐渐开展清洁生产审核,印染废水污染逐渐得到更严格控制。
一些省份为满足当地水环境容量要求,出台了严于国家标准的地方污染物排放标准。加入世贸组织后,国际市场对我国纺织印染产品的环保水平提出更高要求,各地区、各企业积极开展清洁生产审核,优化产品结构,改进生产工艺。
1.2 纺织印染行业污染形势及应对措施尽管各地在印染废水治理上付出诸多努力,但纺织印染行业特别是染整行业集中地区水污染仍然十分严重,经济发展与环境保护之间的矛盾突出。
主要体现在:产业结构不合理,生产工艺水平低,能源、资源消耗量大;印染产业发展迅速,现有污水处理工艺难以满足环保要求;排放标准不能满足国际市场需要,导致地区成本差异和不公平竞争;少数企业环境意识淡薄,难以保证废水达标排放;新工艺、新原料等的应用使废水中污染物更复杂,处理难度加大。
为缓解这些问题,可采取以下措施:
•促进产业结构调整。各地根据区域水环境容量,适度控制印染产业发展规模,推动其从规模经济向效益经济过渡,在印染行业发达地区开展发展规划试点。
•加大设备改造力度,加强新工艺、新技术的开发应用。淘汰陈旧落后、能耗高、性能差的生产设备,用高新技术提升印染行业。纺织工业中的大、中企业推行清洁生产和清洁生产审核,鼓励企业采用清洁高效新技术,提高能源利用效率,少用或不用有毒有害原料,开展资源综合利用,采用低废、无废工艺,从源头削减废水与污染物产生量,对污染严重的企业强制实行清洁生产审核。
•加强对印染企业废水处理设施的监管。促进印染产业布局合理化,使企业逐步进入印染园区和开发区。加强对进入集中式污水处理厂的企业废水预处理情况的监管,防止高浓度印染废水未经处理直排管网,冲击污水处理厂正常运行。
二、纺织印染废水排放标准2013 年 1 月 1 日,《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-2012)开始实行。在国土开发密度已经较高、环境承载能力减弱,或环境容量较小、生态环境脆弱,容易发生严重污染问题而需要采取特别保护措施的地区,企业需严格执行表 3 规定的水污染物特别排放限值(单位:mg/L,pH 值、色度除外),以有效控制污染物排放行为,减轻对环境的影响。
该标准对纺织染整工业水污染物的排放做出了详细且严格的规定,涵盖了 COD、BOD、悬浮物、色度、pH 值等多项指标。例如,对于 COD,特别排放限值通常要求更为严格,以促使企业提升污水处理工艺,减少污染物排放。各地会依据此标准对辖区内的印染企业进行监管,确保其废水排放符合要求。
三、印染废水水质特征印染废水是纤维织物染色、印花过程中产生的废水,且由于印染厂一般存在整理工艺,其污染贡献常大于印染部分。印染废水类别复杂,因纤维、染料、助剂的不同,废水性质差异很大,处理方法也相应不同。
其中的污染物大部分为有机物,COD 主要由助剂引起,因大多数染料上染率在 70% 以上,废水中残余染料较少,而助剂基本全部留在废水中。色度主要由染料产生,且印染废水可生化性差,一般 B/C 比在 0.25 左右。
3.1 棉纺织印染废水水质特征棉纺织印染废水指纯棉及棉混纺产品印染中产生的废水,根据织造方法分为棉针织印染废水和棉机织印染废水。废水中含有直接染料、活性染料等多种染料,以及烧碱、氧化剂及表面活性剂等助剂。
•棉针织印染废水是棉针织产品在印花和印染过程中产生的炼漂和印染的混合废水,其水质指标为:CODcr 300-500mg/L,BOD 150-200mg/L,SS 150-200mg/L,pH 值 8-10,色度(稀释倍数)150-300,水温≤55℃。
•棉机织印染废水是棉机织产品在多个工序中产生的混合废水,水质指标为:CODcr 1000-3000mg/L,pH 值 10-13,色度(稀释倍数)600-2000,水温≤40℃。
3.2 毛纺织印染废水水质特征毛纺织印染废水是毛粗纺织产品、毛精纺织产品及绒线产品在染色过程中产生的各种废水的总称。
废水中主要含酸性染料、媒介染料等,毛混纺织印染废水还含有一定量的分散染料、阳离子染料和直接染料等,以及纯碱、元明粉及表面活性剂等助剂。总体而言,其可生化性较好,水质指标为:CODcr 500-900mg/L,BOD 250-400mg/L,pH 值 6-9,色度(稀释倍数)100-300。
3.3 丝绸印染废水水质特征丝绸印染废水包括真丝及化纤仿真丝印染废水。
•真丝印染产品废水分为脱胶废水及印染废水。真丝脱胶废水包括浓脱胶废水及脱胶冲洗废水,浓脱胶废水水量较少,CODcr 5000-10000mg/L,BOD5 2500-5000mg/L,pH 值 9-9.5;真丝印染废水 CODcr 500-800mg/L,BOD5 200-400mg/L,pH 值 5-8,色度(稀释倍数)100-300。
•化纤仿真丝印染产品废水分为碱减量废水和印染废水。涤纶仿真丝绸产品的碱减量生产工序产生的废水浓度极高,pH 值在 13 以上,CODcr 可达 1 万 mg/L,主要污染物为涤纶水解后的对苯二甲酸等物质;化纤仿真丝印染废水 CODcr 600-1000mg/L,BOD5 250-400mg/L,pH 值 6-10,色度(稀释倍数)100-300。
3.4 牛仔服饰印染废水水质特征牛仔服饰印染废水是牛仔服饰在各个生产工序中产生的废水。
•牛仔浆染废水碱性强、有机污染物浓度高、色度高、硫化物含量高、水质水量变化大,CODcr 2000-6000mg/L,BOD5 1000-2500mg/L,pH 值 9-14,色度(稀释倍数)1000-2500,S2- 200-1000mg/L。
•牛仔漂洗废水中主要污染物为浮石渣、短纤,以及从牛仔服饰上洗下的染料、浆料和助剂等,采用酶法酵洗的废水不含浮石渣、只含少量悬浮物。其水质指标为:CODcr 300-800mg/L,BOD5 100-200mg/L,pH 值 7-9,色度(稀释倍数)100-300,SS 100-200mg/L。
3.5 印染废水设计水量不同生产设备和加工类型的印染废水排放量不同:
•牛仔洗漂的 450 磅洗水机,每天每台排废水 80-100m³;600 磅洗水机,每天每台排废水 100-120m³。
•毛衫、毛线漂染生产所用的 100 磅 - 600 磅染缸,每天每 100 磅加工能力排废水 20-30m³;600 磅以上染缸,每天每 100 磅加工能力排废水 10-20m³。
•针织漂染生产所用的 100 磅 - 600 磅染缸,每天每 100 磅加工能力排废水 30-40m³;600 磅以上染缸,每天每 100 磅加工能力排废水 25-30m³。
•煮炼漂染布生产所用的每 100 米加工能力排废水 2.5-4m³。
•牛仔线染色的每条生产线每天排废水 150-500m³。
四、印染废水工艺设计4.1 设计前期需收集的资料在进行印染废水工艺设计前,需收集丰富的资料,包括立项报告及批复、可研报告及批复、环评报告及批复;气象资料(温度、风向、冻土层、潮汐等)、水文地质资料;地下管线、设施,地面构建筑物;政府的相关要求(水利、电力等);企业的生产工艺和设备(可研、环评)、排水浓度、处理后的排放标准及其他要求,同时要进行现场踏勘。这些资料是设计工作的基础,能确保设计方案符合实际情况和相关规范要求。
4.2 预处理预处理是印染废水处理的重要环节,旨在去除废水中的粗大悬浮物、杂质等,为后续处理创造良好条件。
•格栅:当印染废水中存在较大颗粒的悬浮物时(如牛仔洗漂废水中含有的浮石),宜设置机械格栅;印染工业园区废水集中治理工程应设置机械格栅,以有效拦截大颗粒杂质。
•筛网:印染废水中含有较长的纤维等悬浮物时宜采用筛网去除,宜选用 20 目 - 80 目。一般有固定式筛网及转筒式筛网,固定式筛网安装角度宜采用 30 度 - 60 度。牛仔洗漂废水及工业园区综合印染废水治理工程应设置筛网。
•沉砂池:牛仔洗漂废水(酶法酵洗除外)或含牛仔洗漂废水(酶法酵洗除外)的工业园区综合印染废水治理工程应设置沉砂池。沉砂池按去除相对密度 2.65、粒径 0.2mm 以上的砂粒设计,可分成二至三级沉砂,总停留时间可设计为 0.5h-1.5h。排砂方式有重力排砂和机械排砂,可根据技术经济比较后确定。
•调节池:印染废水治理工程必须设置调节池,其可调节水质和水量,亦可具有预沉淀、预曝气、降温及贮存临时事故排水功能。调节池有效水深一般为 3m-5m,设计停留时间宜为 6h-8h,工业园区的综合印染废水由于有不同厂家的废水互相调节水质水量,设计停留时间可略为缩短。采用空气搅拌的调节池空气量为 1.0m³/(m²・h)-4.0m³/(m²・h),采用机械搅拌的搅拌机转速约为 15r/min。进生化系统处理前,废水的 pH 值应控制在 6-11 之间,若低于 6 或高于 11 则必须加碱或加酸中和,一般在调节池调节废水 pH 值。
•降温措施:印染废水水温超过 40℃必须降温至 38℃以下才能进入生化系统处理,降温可用冷却塔或热交换器,同时应考虑废水中含有较多悬浮物时冷却设备的防堵塞措施。
•除油措施:印染废水中如含有乳状油等难以上浮的污染物,必须去除方可进入生化系统,可通过气浮技术去除,一般选用压力溶气气浮法。
4.3 前物化处理前物化处理主要通过混凝、沉淀等手段去除废水中的胶体、悬浮颗粒等污染物,降低废水的污染负荷。
•混凝沉淀:印染废水治理工程宜设置混凝沉淀池作前物化处理单元,牛仔浆染废水、麻脱胶废水及工业园区印染废水治理工程应在生物处理前设置混凝沉淀池。混凝反应形式可采用管道混合器、水泵混合及混凝反应池,一般规模较大的废水处理厂宜采用混凝反应池,混凝反应停留时间宜为 10min-20min。
•药剂选用:印染废水物化处理的药剂选用及加药量宜根据试验资料确定,无试验资料时,可参照类似运行经验确定,一般选用亚铁、聚合氯化铝、石灰、聚丙烯酰胺等。
•初沉池:初沉池表面负荷宜为 1.0m³/(m²・h)-2.0m³/(m²・h),设计停留时间 1.0h-3.0h。一般设置刮泥、排泥设备排除沉淀污泥,污泥含水率 96%-98%,采用溢流堰出水,堰上负荷≤2.9L/(m・s),沉池池型可进行技术经济比较后确定。
4.4 生化处理生化处理是利用微生物的代谢作用,将废水中的有机物等污染物分解去除,是印染废水处理的核心环节。
•生化处理工艺:印染废水生化处理宜采用 “水解酸化 + 好氧 + 沉淀” 工艺,水解酸化池、好氧反应池与二次沉淀池可分建或合建。较大规模(设计水量≥5000m³/d)的废水治理工程,其生化处理系统可按两组或多组系列布置,并考虑设置进水配水井,以保证处理系统的稳定运行。
•水解酸化反应池设计:水解酸化反应池的有效容积可通过公式计算,水力停留时间一般为 6h-25h,上升流速 v=0.5m/h-1.8m/h。容积负荷宜根据试验资料确定,无试验资料时,可参照类似运行经验确定。一般设计参数取值:有效水深可取 5m-12m,一般可采用 6.0m-7.0m;进水系统宜采用从底部均匀分布布水的方式,并应保证进水点均匀分布;出水系统宜采用堰或穿孔管均匀分布出水,避免短流。
•好氧反应池设计:好氧反应池的容积可按污泥负荷计算,水力停留时间一般为 6h-25h。污泥负荷取值宜根据试验资料确定,无试验资料时,可参照类似运行经验确定。一般设计参数:好氧反应池的超高,当采用鼓风曝气时为 0.5m-1.0m;当采用机械曝气时,其设备操作平台宜高出设计水面 0.8m-1.2m。有效水深应结合流程设计、地质条件、供氧设施类型和选用风机压力等因素确定,一般可采用 4.0m-6.0m,在条件许可时,水深可加大。
•二次沉淀池设计:二次沉淀池水力停留时间宜为 1.5h-4.0h,有效水深宜采 2.0m-4.0m,超高不应小于 0.3m。出水堰Zui大负荷不宜大于 1.7L/(m・s),表面积可根据设计废水小时平均流量和水力表面负荷计算,设在活性污泥法后的二次沉淀池表面水力负荷 0.6-1.5m³/(m²・h);设在生物膜法后的二次沉淀池表面水力负荷 1.0-2.0m³/(m²・h)。
4.5 深度处理当废水经过生化处理后未达到排放标准或需要回用的,需进行深度处理。
废水深度处理工艺单元主要包括:混凝、沉淀(澄清、气浮)、过滤、消毒,必要时可采用活性炭吸附、膜过滤、臭氧氧化和自然处理等工艺单元。
若印染废水经过生化处理后未达到排放标准,一般情况可采用后物化工艺(包括消毒脱色)或氧化塘工艺;若需要达到回用标准(回用水标准可由用水企业提供),一般情况可采用 “物化 + 过滤” 工艺或 “氧化塘 + 过滤” 工艺。深度处理能进一步降低废水的污染物浓度,确保出水水质满足要求。
4.6 污泥的处理方式污泥处理是印染废水处理过程中不可或缺的一环,合理处理污泥可避免二次污染。
•格栅、筛网的栅渣及沉砂池的沉渣可直接外运作卫生填埋。
•物化污泥及生化剩余污泥处理方式可采用 “浓缩 + 机械脱水” 工艺或污泥消化工艺。污泥浓缩设计一般宜采用安装有栅条浓缩机的重力浓缩池或浓缩脱水一体化机械,浓缩时间不宜小于 12h,浓缩池的有效水深宜大于 4m。
采用栅条浓缩机时其外缘线速度一般宜为 1m/min-2m/min,池底坡向泥斗的坡度不宜小于 0.05。由生物反应池后二次沉淀池进入污泥浓缩池的污泥含水率为 99.2%-99.6% 时,浓缩后污泥含水率可为 95%-98%。
•印染废水污泥经过浓缩、机械脱水后的含水率约 75%-80% 的污泥或经过消化后含水率约 55%-80% 的污泥可采用焚烧处理或进入垃圾填埋场处理后卫生填埋,焚烧产生的尾气必须经过尾气洗涤装置处理后方可排放。
通过以上对印染废水处理各环节的设计分析,结合相关环保及水处理规范,可为环保行业人员提供系统的印染废水处理设计知识,助力印染行业实现可持续发展,在保障经济效益的同时,有效保护生态环境。