粘膠短纖維廢水處理綜述

郭志成

（恩宜瑞（江蘇）環(huán)境發(fā)展有限公司南京分公司 江蘇南京 211111）

引言

粘膠纖維是利用木漿、棉漿、竹漿等為原料，經(jīng)過化學(xué)處理和機械加工而成[1]。生產(chǎn)過程中會排放大量的酸性、堿性廢水，其中含有燒堿、硫酸、硫酸鋅、二硫化碳、纖維素、半纖維素、纖維素磺酸酯、粘膠等主要特征污染物質(zhì)，如果未經(jīng)處理直接排入水體會造成一定的環(huán)境污染，對人類健康和其他生物生長造成危害。因此如何有效的去除廢水中污染物含量，是粘膠纖維廢水處理關(guān)注的重點。目前，粘膠纖維廢水處理技術(shù)主要分為物理化學(xué)法、生化處理法和化學(xué)氧化法。本文對粘膠纖維廢水的特點及幾種處理方法進行綜述。

1 廢水特點

粘膠纖維廢水分為酸性和堿性廢水。其中酸性廢水主要來自酸站、紡練車間和廢氣洗滌塔等，主要含有硫化物、硫酸、硫酸鋅、硫酸鈉等污染物；堿性廢水主要來自原液和紡練車間脫硫段等，主要含有纖維素、半纖維素、纖維素磺酸酯、硫化鈉、二硫化碳、燒堿等污染物[2]。

粘膠纖維廢水特點為：（1）酸性廢水水量水質(zhì)波動大且頻繁，pH 較低；（2）廢水水溫較高；（3）鋅離子、硫化物、硫酸根等污染物濃度較高；（4）含有纖維素、纖維素磺酸酯等難生物降解污染物；（5）缺乏微生物生長所必需的N、P 等營養(yǎng)物質(zhì)；（6）色度高。

2 粘膠纖維廢水處理工藝

粘膠纖維廢水處理工藝主要有物理化學(xué)法、生化處理法和化學(xué)氧化法。

2.1 物理化學(xué)法

（1）酸析法。酸析法是指在酸性條件下，纖維素等物質(zhì)由溶解態(tài)轉(zhuǎn)化為懸浮態(tài)，從廢水中析出，再通過絮凝沉淀或氣浮將其去除。該方法設(shè)備簡單、能耗低、造價低，可以有效去除粘膠纖維廢水中纖維素等難生物降解物質(zhì)，降低污染物負荷。但處理裝置需要考慮耐酸性及二次污染等。

（2）吹脫法。吹脫法是將空氣通入廢水中，改變氣體在廢水中的氣液平衡，使廢水中的溶解氣體和揮發(fā)性物質(zhì)轉(zhuǎn)移到氣體中。吹脫過程屬于傳質(zhì)過程，其推動力為廢水中揮發(fā)物質(zhì)的濃度與大氣中該物質(zhì)的濃度差[3]。吹脫法主要用于脫除粘膠纖維廢水中的H2S、CS2等溶解性有毒有害氣體，常采用吹脫池或吹脫塔等。吹脫池占地面積較大，一般用于去除非有毒性氣體，適用于水溫比較高、場地開闊，不會產(chǎn)生二次污染的場合。吹脫塔占地面積較小，可以提高吹脫效率，回收有用氣體、防止二次污染；廢水中懸浮物濃度較高或含有易結(jié)垢物質(zhì)時，塔體容易發(fā)生堵塞。

（3）混凝沉淀法?；炷恋矸ㄖ饕窍驈U水中投加一些混凝劑、助凝劑，使廢水中膠體和懸浮物脫穩(wěn)而相互聚結(jié)成礬花，再通過重力沉降去除廢水中懸浮固體。粘膠纖維廢水呈酸性，且含有鋅離子、硫酸根等，需要投加石灰中和pH、沉淀鋅離子及去除部分硫酸根，常用平流沉淀池或輻流沉淀池。考慮石灰容易結(jié)垢堵塞斜板，正常不使用斜板沉淀池。該方法工藝流程簡單、操作管理方便、一次性投資低。但產(chǎn)生污泥量大、脫色效果差。

（4）氣浮法。氣浮法是指利用微小氣泡作為載體粘附在廢水中污染物上，使其浮力大于重力和上浮阻力，從而使污染物上浮至水面，形成浮渣，再用刮渣機刮除浮渣，實現(xiàn)固液分離[4]。目前，氣浮主要有加壓溶氣氣浮、渦凹氣浮、淺層氣浮等，主要用于去除粘膠纖維廢水中析出的纖維素和懸浮物等污染物。

（5）中和法。中和法是通過化學(xué)的方法，使氫離子和氫氧根離子相互作用，生成溶解或難溶解的鹽類，從而調(diào)節(jié)廢水的pH 值。目前，主要有酸堿中和、藥劑中和、過濾中和等[5]。投藥中和反應(yīng)速度快、使用方便，是最為廣泛應(yīng)用的一種方法。粘膠纖維廢水混合后呈酸性，需要投加堿性藥劑，主要有石灰、氫氧化鈉、電石渣等。因石灰來源廣泛、價格便宜，所以最為常用。但投加大量石灰容易導(dǎo)致曝氣器、管道等結(jié)垢堵塞，因此采用石灰中和需重點關(guān)注石灰反應(yīng)效率，減少石灰在系統(tǒng)內(nèi)的殘留量，降低系統(tǒng)結(jié)垢、堵塞的風(fēng)險，消減高鈣對系統(tǒng)的影響。

（6）膜分離法。膜分離法是在一定推動力下，利用膜的選擇透過性將廢水中的組分進行分離、純化、濃縮的過程[4]。目前，利用的推動力主要有電位差和壓力差。利用電位差推動力的膜分離法主要有電滲析，利用壓力差為推動力的膜分離法主要有反滲透、超濾、納濾、微濾等。膜分離法屬于物理分離，分離過程不發(fā)生相變、能量轉(zhuǎn)換率高、節(jié)能效益好、分離效率高、成本低、占地少、操作簡單、便于實現(xiàn)自動化。目前，膜分離法主要應(yīng)用于含鋅廢水中硫酸鋅回收利用。

2.2 生化處理法

（1）SBR。SBR 又稱序批式活性污泥法，是在序批式反應(yīng)器內(nèi)完成污廢水中污染物的去除的一種污水處理工藝[6]。SBR 一個完整的循環(huán)過程主要包括進水、反應(yīng)、沉淀、出水和待機（閑置）等5 個階段。SBR 具有處理設(shè)備少、工藝簡單、沉淀效果好、無二沉和污泥回流系統(tǒng)、占地小、平面布置緊湊等優(yōu)點。但操作繁瑣、無法解決大型污水處理廠連續(xù)進水、連續(xù)出水的要求。

（2）CASS。CASS 又稱為循環(huán)式活性污泥法，將生物選擇與SBR 有機結(jié)合[7]。CASS 反應(yīng)器主要由生物選擇區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)組成，運行過程分為進水、曝氣、沉淀、潷水、排泥、閑置等。與SBR 工藝相比，CASS 工藝具有進水連續(xù)、抗沖擊能力更好、不易污泥膨脹、管理簡單等特點。

（3）A/O。A/O 法是將厭氧水解技術(shù)作為活性污泥法的前處理；A/O 法除了具有降解有機污染物功能，還具有一定的脫氮除磷功能。A/O 工藝將前段缺氧段和后段好氧段串聯(lián)在一起，在缺氧段將污水中大分子有機物分解為小分子有機物，不溶性有機物轉(zhuǎn)化成可溶性有機物，提高污水可生化性，在好氧段用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，降解污水中有機污染物。A/O 法具有耐負荷沖擊能力強、工藝流程簡單、運行費用低、投資省、一定的脫氮除磷功能。

（4）MBR 工藝。MBR 又稱膜生物反應(yīng)器，將活性污泥法與膜過濾設(shè)備結(jié)合，實現(xiàn)生物處理和固液分離[8]。MBR 工藝采用活性污泥法降解廢水中的COD、氨氮等污染物，再利用膜系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二沉池進行混合液的固液分離，截流水體中懸浮物、膠體等物質(zhì)，出水水質(zhì)相對較好。MBR 工藝具有耐沖擊負荷強、出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定、剩余污泥產(chǎn)量少、占地面積小、操作方便、易于自動化控制，但造價和維護成本較高，容易產(chǎn)生膜污染。

2.3 化學(xué)氧化法

（1）芬頓氧化法。芬頓氧化法是在酸性條件下，以Fe2+為催化劑，用雙氧水進行化學(xué)氧化，降解廢水中難降解有機污染物。芬頓氧化法具有操作簡單、氧化能力強、設(shè)備投資少等優(yōu)點，但pH 使用范圍較窄、處理成本高、污泥產(chǎn)泥量大。粘膠纖維廢水生化出水COD 較高，且大部分為難生物降解，芬頓氧化法可以有效降低生化出水中COD 含量及色度。但應(yīng)合理控制反應(yīng)條件和藥劑投加量，如反應(yīng)條件不當，非常容易產(chǎn)生硫酸鈣等結(jié)晶體，附著在設(shè)備和管道上，產(chǎn)生池體和管道堵塞等問題。

（2）臭氧氧化法。臭氧是一種強氧化劑，在酸性條件下，其氧化還原電位能夠達到2.07V，其氧化能力僅次于氟[9]。臭氧氧化法是利用臭氧的強氧化性，將廢水中的污染物氧化為無害物質(zhì)。臭氧氧化具有氧化能力強、反應(yīng)迅速、流程簡單、無二次污染問題、脫色效果好等特點，但造價較高、電耗較高，臭氧制備設(shè)備復(fù)雜，操作及維修麻煩。

（3）微電解法。微電解法是利用鐵碳微電解材料自身產(chǎn)生的電位極差對廢水進行電解處理，以達到降解有機污染物的目的[10]。該方法利用電化學(xué)、氧化還原、物理吸附及絮凝沉淀等對廢水進行處理，不但可以提高廢水的可生化性，還能大幅度降低廢水的有機污染物濃度和色度。該方法具有適用范圍廣、處理效果好、成本低、操作維護方便，電耗低等優(yōu)點。但電極容易被鈍化、填料容易被板結(jié)。

3 粘膠纖維廢水處理的工藝選擇

粘膠纖維廢水處理具有污染物濃度高、成分復(fù)雜、色度高等特點，采用單獨的物化處理技術(shù)往往無法達到排放標準的要求，因此需要對廢水進行預(yù)處理后，再進入生化處理進一步降解廢水中可生物降解有機污染物，但生化出水存在難降解有機物濃度較高，色度脫除率不高等問題，因此生化出水往往需要化學(xué)氧化甚至過濾進一步去除COD、SS 和色度等。綜上，粘膠纖維廢水推薦采用的技術(shù)路線為：預(yù)處理+生化處理+深度處理。

4 粘膠纖維廢水處理面臨問題及解決方案

目前，粘膠纖維廢水處理技術(shù)相對比較完善，但仍存在以下問題。

4.1 污泥膨脹

粘膠纖維廢水中生化池的污泥沉降性能不佳，容易污泥膨脹，主要是由絲狀菌大量繁殖引起的。粘膠纖維廢水中缺乏N、P 等營養(yǎng)元素，因此需要向系統(tǒng)中投加N、P 等營養(yǎng)物質(zhì)；定期排放系統(tǒng)內(nèi)無機污泥，增加活性污泥的比例；同時，運行中要控制進水COD 負荷、污泥齡、DO、水溫、pH 等參數(shù)。

4.2 泡沫問題

在粘膠纖維生成過程中，為了改善生產(chǎn)工藝質(zhì)量和粘膠纖維的使用性能，通常會添加適量的表面活性劑，在曝氣、吹脫或水力落差較大時非常容易產(chǎn)生大量的泡沫。消除泡沫的主要措施有：高速水流噴淋、添加消泡劑、減小水體落差等。

4.3 鹽分較高

粘膠纖維廢水中含鹽量較高，主要體現(xiàn)為硫酸根，硫酸根約6000-9000mg/L。鹽分過高容易導(dǎo)致細菌細胞膜內(nèi)外滲透壓失衡，使細胞處于脫水狀態(tài)，會抑制微生物活性，導(dǎo)致其無法自然增殖，降低生物活性和污泥沉降性能，造成污泥解體和流失，系統(tǒng)需要定期補充碳源和活性污泥。為避免鹽分過高導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，預(yù)處理階段會投加大量的石灰調(diào)節(jié)pH 同時去除一部分硫酸根，降低鹽分對后續(xù)生化系統(tǒng)的影響。

4.4 系統(tǒng)結(jié)垢

粘膠纖維廢水酸性較強，預(yù)處理需要投加大量石灰調(diào)節(jié)pH，進入生化系統(tǒng)不可避免的殘留大量石灰，在生化池內(nèi)被空氣曝氣形成碳酸鈣容易結(jié)垢、堵塞曝氣系統(tǒng)，導(dǎo)致污泥攪拌不均勻，最終影響生化出水水質(zhì)。為防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，要嚴格控制預(yù)處理石灰投加量，并采用射流曝氣器代替常規(guī)微孔曝氣器。

結(jié)語

目前，粘膠纖維廢水處理技術(shù)已經(jīng)得到了不斷的完善和發(fā)展，但我國對環(huán)保的要求越來越嚴格，需要在新的行業(yè)政策形勢下，針對粘膠纖維廢水的特點，采用科學(xué)、經(jīng)濟、合理的工藝流程，保證廢水的達標排放。同時，粘膠纖維廢水排放總量較大，一方面廢水的回用及資源化利用也將成為水處理領(lǐng)域未來研究的重點；另一方面，采用環(huán)保綠色型粘膠纖維代替?zhèn)鹘y(tǒng)的粘膠纖維，降低污染物的排放，減少對環(huán)境的影響。