【集萃網(wǎng)觀察】印染行業(yè)是工業(yè)廢水排放大戶。據(jù)資料不完全統(tǒng)計, 全國印染廢水每天排放量為3×10 6～4×10 6m3。且具有水量大、有機污染物含量高、色度深、堿性大、水質(zhì)變化大等特點, 屬難處理的工業(yè)廢水。近年來由于PVA 漿料、人造絲堿解物、新型助劑等難生化降解有機物大量進入印染廢水, 使得生產(chǎn)過程中排放的廢水中污染物變得越來越復(fù)雜, 處理的難度也在不斷增大。
印染廢水在處理工藝技術(shù)上難點主要是兩個方面: 一是COD 濃度難以降解, 二是高色度廢水難以脫色。目前國內(nèi)比較常用的印染廢水處理工藝, 主要分為兩大類: 物化法: 加入絮凝劑進行沉淀或氣浮, 去除廢水中的污染物。由于加藥費用高、去除污染物不徹底、污泥量大并難以進一步處理, 會產(chǎn)生一定的二次污染, 一般不單獨使用; 生化法: 利用微生物的作用, 使污水中有機物降解、吸附而去除。由于近年來, 大量難生化降解有機物進入印染廢水, 傳統(tǒng)的生物處理工藝已受到嚴重挑戰(zhàn)。根據(jù)《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( GB4287- 1992) , 除Ⅲ類廢水排放指標(biāo)變化不大外, 國家增加了I 類和Ⅱ類印染廢水BOD、COD、色度、懸浮物、氨氮、苯胺類、二氧化氯等指標(biāo)的排放限定。印染廢水達標(biāo)排放是印染行業(yè)急需解決的問題。因此開發(fā)經(jīng)濟有效的印染廢水處理技術(shù)成為當(dāng)今環(huán)保行業(yè)關(guān)注的課題。
1 酶催化技術(shù)
由于傳統(tǒng)的生物方法對印染廢水中污染物的去除往往不夠理想, 面對日益嚴峻的全球化環(huán)境污染問題, 探求高效、低耗、投資省的印染廢水處理新技術(shù)已日顯重要。國內(nèi)外許多學(xué)者致力于將環(huán)境工程技術(shù)與生物技術(shù)結(jié)合發(fā)展, 產(chǎn)生了生物強化技術(shù), 所以以環(huán)境生物技術(shù)為新技術(shù)體系解決環(huán)境污染成為當(dāng)今乃至未來發(fā)展的方向。酶與酶技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用是環(huán)境生物技術(shù)中重要的部分, 為環(huán)境污染治理提供了新的技術(shù)手段。
1.1 酶催化技術(shù)的研究與發(fā)展現(xiàn)狀
生物酶是一種對環(huán)境友好的生物催化劑,具有較大優(yōu)越性。如反應(yīng)速度快、處理條件( 如溫度、pH 值等) 較溫和、操作安全易控制和可取代強堿等化學(xué)品。生物酶僅對特定的底物起作用, 對基質(zhì)損傷小, 處理產(chǎn)生的廢水可生物降解, 降低水及能源的消耗。
酶作為生物催化劑是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要一環(huán), 它廣泛應(yīng)用于輕工、化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品、環(huán)保等行業(yè), 酶制劑生產(chǎn)已成為21 世紀的新興產(chǎn)業(yè)之一, 即利用酶的催化特性對對象進行有用物質(zhì)的生產(chǎn)或有害廢物的分解。幾年來,環(huán)保用酶制劑與酶技術(shù)已經(jīng)開始引起學(xué)術(shù)界的關(guān)注。我國從20 世紀60 年代開始注意酶工程研究和酶制劑的開發(fā),與國外在這方面的研究相比, 國內(nèi)環(huán)保用酶的研究工作剛剛起步, 在實現(xiàn)工業(yè)化、商品化應(yīng)用方面基本處于空白。國內(nèi)酶制劑工業(yè)的現(xiàn)狀是投入少、缺乏核心技術(shù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理、品種單一, 重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象嚴重, 酶制劑應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于淀粉加工、洗滌劑工業(yè)等, 影響了酶制劑行業(yè)的發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域的開拓。環(huán)保用酶受此影響, 處理成本高, 使用推廣慢。
1.2 環(huán)保用酶催化技術(shù)應(yīng)用歷史
采用酶制劑進行廢水處理已經(jīng)有相當(dāng)長的研究歷史,近幾年得到較快的應(yīng)用。酶與酶技術(shù)的應(yīng)用對解決生活污水、工業(yè)廢水、垃圾滲濾液的無害化處理帶來嶄新的突破, 對環(huán)保領(lǐng)域帶來新的技術(shù)革命具有積極的意義。第一,在產(chǎn)品加工過程中用酶來替代化學(xué)品( 生物過程代替化學(xué)過程反應(yīng)溫和) 可以降低生產(chǎn)活動中的污染水平, 有利于實現(xiàn)工藝過程生態(tài)化或無廢生產(chǎn), 真正實現(xiàn)清潔生產(chǎn); 第二, 酶作為生物催化劑, 只對產(chǎn)品內(nèi)容起作用, 使產(chǎn)品在過程中產(chǎn)生的污染大大減少, 利于環(huán)境保護; 第三, 酶的反應(yīng)條件溫和, 專一性強, 催化效率高等自身的特點, 決定了對污染物處理和環(huán)境監(jiān)測具有高效、快速、可靠的優(yōu)點。因此, 酶工程技術(shù)在環(huán)境治理領(lǐng)域具有廣闊的前景。隨著高效酶制劑的大量生產(chǎn)、酶固定化技術(shù)、酶反應(yīng)器等技術(shù)研究的不斷成熟, 環(huán)保用酶與酶技術(shù)在廢水處理工程實踐方面得到了長足的發(fā)展。早在20 世紀80 年代, 固定化酶已被用于水和空氣的凈化。國外利用固定化酶處理工業(yè)廢水的研究與應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟, 將能處理廢水的酶制成固定化酶, 根據(jù)所處理物質(zhì)的不同, 選用不同的固定化酶。也可以裝成多酶酶柱, 以彌補單一酶的局限性。如果某些酶不能并存, 就各自單獨裝柱。
1.3 生物酶催化技術(shù)去除污染物的機理
將生物酶催化技術(shù)應(yīng)用于污染物的去除,是采用不同于普通微生物菌的系列生物酶、菌結(jié)合技術(shù), 通過酶打開污染物質(zhì)中更復(fù)雜的化學(xué)鏈, 將其迅速降解為小分子, 從高分子有機物降解為低分子有機物或CO2、H2O 等無機物, 降低COD 值, 從而達到去除污染物的目的, 大大降低污水處理費用。
生物酶處理有機物的機理是先通過酶反應(yīng)形成游離基, 然后游離基發(fā)生化學(xué)聚合反應(yīng)生成高分子化合物沉淀。與其他微生物處理相比, 酶處理法具有催化效能高、反應(yīng)條件溫和、對廢水質(zhì)量及設(shè)備情況要求較低, 反應(yīng)速度快,對溫度、濃度和有毒物質(zhì)適應(yīng)范圍廣, 可以重復(fù)使用等優(yōu)點。
2 酶催化技術(shù)在印染廢水處理中的應(yīng)用
針對目前印染廢水的處理現(xiàn)狀, 福州晨翔環(huán)保工程有限公司應(yīng)用生化工程技術(shù)與環(huán)境科學(xué)技術(shù)相結(jié)合, 通過應(yīng)用系統(tǒng)方法, 對高效酶類的選用與開發(fā)、酶固定化載體的選擇、酶生物反應(yīng)器的研究與制造, 以成本低、速度快、效率高、安全簡便的操作解決環(huán)境污染中的廢水處理問題。開發(fā)出新一代的環(huán)保用酶制劑和酶生物反應(yīng)器系列產(chǎn)品, 并且使該技術(shù)得到應(yīng)用。即應(yīng)用生物酶催化技術(shù)處理高難度印染廢水, 取得了一定的效果。印染廢水中主要難降解物質(zhì)是表面活性劑以及活性染料、陽離子染料等, 采用針對性生物酶和微生物可直接分解上述污染物。在印染廢水處理工藝中, 投加專性生物酶, 通過特殊生物酶的催化作用, 增加廢水的可生化性,出水可達到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn), 并且在運行過程中, 降低運行成本和工作強度, 減少對環(huán)境的污染。
2.1 酶催化技術(shù)應(yīng)用實例
福建長樂華生織染有限公司目前主要從事化纖染織生產(chǎn), 隨著生產(chǎn)的發(fā)展、規(guī)模的擴大, 日排放印染廢水2000m3, 為了保護環(huán)境, 長樂市環(huán)保部門加大力度督促現(xiàn)有印染廠的污染治理。同時隨著環(huán)保意識的提高, 生產(chǎn)企業(yè)決定在廠內(nèi)建設(shè)廢水處理設(shè)施, 處理能力為2000m3/d。
廢水的主要污染成分為: 活性染料、分散性染料、酸性染料、漿料、助劑等。因此確定設(shè)計進水水質(zhì)( 見表1) 。
參照《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8978- 1996及《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB4287-1992 中的一級排放標(biāo)準(zhǔn), 確定處理后的水質(zhì)目標(biāo)如下( 見表2) 。
由于印染廢水中COD 濃度高, BOD/COD=0.2 左右, 可生化性差, 同時廢水中含有苯系、萘系、蒽醌系以及苯胺、硝基苯、酚類污染物以及各種助劑污染物, 增加了廢水的處理難度, 采用傳統(tǒng)處理工藝不僅處理流程復(fù)雜, 處理時間長,投資及運行費用增加, 而且難以去除污染物。針對以上問題, 本公司決定采用生物酶催化技術(shù)處理印染廢水, 特定的生物酶可以高效迅速降解COD, 提高廢水的可生化性, 同時可大大降解染料中的苯系、萘系、蒽醌系以及苯胺、硝基苯、酚類污染物及廢水中的各種助劑污染物, 將其轉(zhuǎn)化為小分子易生物降解的污染物, 為后續(xù)生化處理創(chuàng)造有利條件, 不僅工藝流程簡捷、工程造價低、運行經(jīng)濟、便于管理, 而且可以達標(biāo)排放。即采用物化法+酶催化+厭氧+好氧的處理系統(tǒng), 廢水處理效果好。
生物酶催化處理設(shè)施經(jīng)過半個月的運行,可以看出, 生物酶催化技術(shù)應(yīng)用于難降解印染廢水處理中, 可以迅速高效去除污染物, 酶催化進水中COD=1200 ~1250mg/L、BOD=400mg/L、SS=150~170mg/L, 運行穩(wěn)定后酶催化出水中COD=340mg/L、SS=66mg/L, 其中BOD/COD =0.58, COD 去除率可以達到72%以上, 大大提高廢水的可生化性, 整個處理系統(tǒng)最終出水中COD=68mg/L, 大大優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn), 同時特定的生物酶可將印染廢水中苯系、萘系、蒽醌系以及苯胺、硝基苯、酚類污染物及廢水中的各種助劑污染物, 降解為小分子的有機物, 很好的解決了印染廢水中難降解有機物的降解問題, 為后續(xù)生化處理創(chuàng)造有利條件, 不僅可以減小構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu), 同時可降低投資和運行成本。
2.2 酶催化技術(shù)優(yōu)點
應(yīng)用酶催化技術(shù)處理印染廢水, 可以高效迅速的降解廢水中的污染物濃度, 包括COD、BOD、染料中的苯系、萘系、蒽醌系以及苯胺、硝基苯、酚類污染物以及廢水中的各種助劑污染物, 并可提高廢水的可生化性, 為后續(xù)處理創(chuàng)造條件。
2.2.1 污水處理效率高, 出水水質(zhì)好。與傳統(tǒng)方法比較, 酶促污水處理效率高出幾十倍。BOD5 的容積負荷為BOD525kg/m3·d, 氨氮負荷為1.5kg/m3·d, 一級處理COD去除率達90%以上, 氨氮去除率達98%以上, SS 去除率達90%以上。出水水質(zhì)可達到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
2.2.2 有效處理高濃度難降解廢水,尤其是高濃度難降解印染廢水。
2.2.3 技術(shù)適應(yīng)性強。生物酶可在常溫常壓、溫和的反應(yīng)條件下進行高效的催化反應(yīng), 污染物中難降解物質(zhì)在酶的催化下能得以處理, 降解速度快, 反應(yīng)時間短,并且生物酶穩(wěn)定性較高, 有利于底物、產(chǎn)物的分離, 可以在較長時間內(nèi)連續(xù)裝柱反應(yīng),其反應(yīng)過程可以嚴格控制, 可實現(xiàn)連續(xù)化、自動化的廢水處理, 提高了酶的利用效率, 降低處理成本, 大大提高處理效果; 應(yīng)用酶法處理廢水,較之細菌法處理, 生物催化直接, 不產(chǎn)生因菌團生化過程產(chǎn)生的臭味和生物渣體, 與目前的印染廢水處理工藝相比, 本工藝反應(yīng)速度快、高效、直接。
2.2.4 生物酶反應(yīng)器需氧量小, 不需要攪拌, 可在常溫下進行, 在創(chuàng)造高效的同時實現(xiàn)了低能耗, 是一種節(jié)能型的廢水處理設(shè)備; 其副產(chǎn)物少, 載體只要簡單的正壓與負壓反沖洗即可清除附著物; 反應(yīng)器的容積負荷可以根據(jù)進水水量與水質(zhì)進行任意調(diào)節(jié)和控制, 大大提高效率, 降低工程投資成本; 多級生物酶反應(yīng)器可根據(jù)廢水處理量, 設(shè)并聯(lián)或者串聯(lián), 連接用管閥自動開啟或閉合。
2.2.5 酶生物反應(yīng)器較之傳統(tǒng)的生物濾池等菌群處理方法, 基本無污泥產(chǎn)生, 運行方便,操作簡單, 大大降低運行成本。在酶的參與下,提供同化作用和異化作用, 得到最終的產(chǎn)物CO2 和H2O, 較之固定化細胞作用更直接, 減少菌群處理過程需要碳源與營養(yǎng)才能進行轉(zhuǎn)化的過程, 可在20℃～50℃條件下運行。載體結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué), 使得好氧、兼氧、厭氧菌種能共存于一體, 許多難以用好氧微生物直接處理的難降解有機物可先經(jīng)厭氧水解成小分子化合物, 再經(jīng)好氧代謝成無機物。
2.2.6 運行中無不良氣味, 不產(chǎn)生池蠅。
2.2.7 建設(shè)投資和運營成本顯著下降。項目建設(shè)投資少, 運行成本低。占地面積僅為傳統(tǒng)方法的2/5~2/10, 池容量僅為普通曝氣池20%左右。項目建設(shè)投資為傳統(tǒng)方法的65%左右,運行成本為傳統(tǒng)方法的50%。
結(jié)語
印染廢水是一種水量大、色度高、組份復(fù)雜的廢水, 水質(zhì)變動范圍大。隨著人們對環(huán)境質(zhì)量要求越來越高, 印染廢水排放標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴, 對于高、中難度處理的印染廢水, 現(xiàn)有的生化或物化處理都難以達到排放要求, 尤其對于染料中的苯系、萘系、蒽醌系以及苯胺、硝基苯、酚類污染物, 現(xiàn)有處理方法無法去除。我公司結(jié)合多年治理印染廢水的工程經(jīng)驗, 提出并總結(jié)了應(yīng)用生物酶催化技術(shù)處理印染廢水的工藝。此工藝可以高效迅速的去除印染廢水中高濃度的COD 和BOD, 大大提高廢水的可生化性, 同時對于染料中的苯系、萘系、蒽醌系以及苯胺、硝基苯、酚類污染物, 有一定的降解作用, 使之從復(fù)雜的大分子有機物狀態(tài)降解為小分子有機物, 為后續(xù)處理創(chuàng)造有利條件, 并縮短了處理時間, 減少了建設(shè)投資及處理費用, 具有廣闊的市場前景, 必將產(chǎn)生具大的經(jīng)濟效益和社會效益。
來源:印染在線 作者：孫祥章，齊愛玖，宋守清
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