印染工業能源與資源的綜合治理與利用

（合肥工業大學化學與化工學院，安徽合肥 230002）

印染工業在現代服裝、日用品、涂料等領域十分重要，但大量使用染料和助劑，工藝流程中沒有上染的染料和部分助劑流入廢水［1］，使印染工業能耗較高，污染排放量較大，制約其進一步發展。近年來，較多學者致力于研究化學、物理、生物法治理不同的廢液廢氣，在節能減排方面已取得顯著效果。

1 廢水治理進展

印染工業廢水含有機物、重金屬離子，大量排放會使周邊一定范圍內的水源pH 異常、水中有機物含量劇增或水源富營養化。根據印染工序，廢水可分為退漿、煮練、漂白、絲光、染色、印花、整理、堿減量等類型廢水［2］，不同類型廢水的可生化性、污染程度不同，需要不同的治理方法。

1.1 化學方法

常見的化學方法有絮凝法、高級氧化法、化學沉淀法等，化學方法常作為預處理法去除廢水中的雜質、大分子，也可用于處理最后流程的廢水，即深度處理［3］。絮凝法指向工業廢水中加入絮凝劑，利用物理或化學作用使原本不易沉淀的微小污染物顆粒凝聚成較大顆粒沉淀，便于分離。絮凝機理有壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網捕［4］。電化學高級氧化工藝通過產生活潑性強的自由基，與廢水中的有機物發生加成、取代、電子轉移等反應使污染物礦化，降解為二氧化碳、水和無機鹽，或轉化為便于生物降解的小分子物質［5］。高級氧化技術反應快、效果好，還可以促進生化法的降解［6］。催化臭氧化在處理工業廢水方面有很強的實用性。中試實驗表明，含MAc 的催化劑可促進O3在水中的鏈式反應，產生更多的羥基自由基，提高去除難降解有機物的能力，并通過吸附有機物產生吸附-氧化-解吸附協同效應，提高對有機物的去除能力［7］。化學沉淀法常用于沉淀重金屬離子，通常以堿金屬氫氧化物為沉淀劑，如可用氫氧化鈉、氫氧化鈣沉淀污水中的銅離子。但化學沉淀法存在很多缺陷，如在水體中產生大量銅污泥，需要再處理；此外，當廢水中的銅以化合物形式存在時，化學沉淀法很難達到理想效果［8］。混凝法主要使用無機或有機高分子混凝劑，使殘存在廢水中的染料以膠體或懸浮狀態沉淀，主要包括混凝沉淀法、混凝氣浮法［9］。張恩等［10］制備功能性納米Fe3O4材料，在與PAC 共同處理印染廢水時，以礬花核心的形式存在，產生異相成核作用，強化絮凝體的密實度，縮短礬花形成、聚集及沉淀時間，增強PAC 對印染廢水的處理效果。電解法處理污水常針對金屬離子，即利用陰陽極金屬板上發生的電化學反應達到目的，同時還能在陰極收集金屬泥產物。電解法的原料易得，如辛建宗等［11］利用鐵碳微電解方法處理青藍儲備液。Fenton 氧化法利用雙氧水在Fe2+和Fe3+的催化作用下產生活性很強的·OH，以其強氧化性降解水體中的污染物［8］。但由于Fe2+反應利用率較低，有學者研究制備Fe/EDTA 體系處理廢水［12］。

目前，多數學者在化學處理法領域研究的方向是尋找新型化學試劑，尤其在尋找沉淀效果更好的絮凝劑、混凝劑方面研究較深入，但在化學-物理-生物聯合治理污水方面的研究報道較少。

1.2 物理吸附法

物理吸附法是指利用活性炭粉末、離子交換纖維、爐灰和植物廢料［13］等多孔材料，通過物理作用吸附固液兩相界面處液相中固體顆粒的方法。活性炭粉末細小多孔、比表面積大，隨著活性炭粉末粒徑減小，比表面積越大，吸附能力越強，但與水的分離能力越差。研究發現，對活性炭進行改性可以有效提高吸附能力。丁春生等［14］用微波對活性炭進行改性，改性后的活性炭對亞甲基藍染料的吸附量大大增加。此外，等離子體改性是在真空或一定大氣壓下放電產生等離子體與活性炭表面進行碰撞，從而改變活性炭的理化性質，如增加活性炭的含氧、含氮官能團［15］，操作簡單、高效，屬于環境友好型改性技術［16］。使用活性炭粉末吸附的缺點是用量過大，單一使用活性炭粉末物理吸附效果較差。劉魯建等［17］研究發現膜分離法與活性炭粉末吸附組合工藝具有較好的吸附效果。還有學者以明膠/蒙脫土復合體系［18］為吸附劑進行廢水處理，具有良好的應用前景。

1.3 離子交換法

離子交換法是指利用交換劑與水體中的離子交換并分離的方法，是一種固-液分離方法。離子交換通過交換劑中離子與溶液中離子總量等電荷互換去除目標離子［19］。其中，磁性陰離子交換樹脂是一類在樹脂骨架中具有無機磁性材料的離子交換樹脂［20］，其結構粒度小、比表面積大，含有的磁性物質相當于單個弱磁體，有助于吸附水中帶負電荷的污染物［21］，該類樹脂已被用于飲用水凈化處理。研究表明，磁性陰離子樹脂主要用來去除電負性的芳香有機物。印染生化出水的電負性有機物含量較高，磁性陰離子交換樹脂具有一定的應用潛力［22］。

1.4 生物法

生物法是使用微生物對目標污染物進行吸附、氧化、還原和降解的方法，可以分為好氧法、好氧-厭氧聯合法和厭氧法［23］。生物法的優勢在于能利用多種細菌和微生物代替化學藥品，相比化學法、物理法，對環境影響較小。鄒海燕等［24］利用生枝動膠菌、蠟狀芽孢桿菌、酵母菌等處理含亞鐵廢水。研究表明，微生物能提高印染廢水中的亞鐵脫色率。

1.5 聯合法

在實際工業生產過程中，單一處理技術往往難以滿足標準需求［25］，所以常采用聯合法對廢水進行預處理或深度處理，如微電解-電解法、化學沉淀-電芬頓法、電沉淀-混凝法等。有學者表示，利用不同工藝流程及設備對污水進行綜合深度處理，效果顯著提升，如吳葉等［26］利用氣浮-水解酸化-好氧工藝處理印染廢水，在約35 ℃的水溫條件下達到標準。

2 廢氣治理進展

印染工業除了排放廢水外，還有大量廢氣需要處理達標后排放。廢氣主要來源于印染定形機［27］。由于氣液兩態的物理和化學性質差異，廢氣處理與廢液處理在處理方式和技術難點上存在較多區別。

2.1 廢氣來源

印染工業的廢氣主要來自印染前處理、染色處理、后整理等。印染前處理細分為燒毛、煮漂、絲光、預定形等工序；染色處理分為染色、皂洗、水洗、烘干等工序；后整理分為抓毛、磨毛、整理、定形。其中，印染前處理的燒毛環節產生含有氮氧化物和二氧化硫的細小顆粒污染物，預定形環節會產生大量的礦物油霧；染色處理的烘干工序會促使大量未揮發的化學藥品揮發從而產生廢氣［28］。

2.2 治理技術研究進展

目前工業生產中治理印染廢氣最有效、最成熟的技術手段就是針對定形機進行廢氣凈化。定形機廢氣溫度高，有一定的黏稠性、膨脹性、邊界層等［29］。劉曉盛等［30］采用“氣/氣熱交換-噴淋洗滌-靜電除塵-活性炭吸附”四級處理技術解決單一傳統技術的缺陷，既能降低安全隱患，又能提高廢氣治理效率。此外，采用冷卻高壓一體化處理工藝可彌補濕法靜電技術存在二次污染的不足［1］。

3 過剩熱能回收與利用

3.1 過剩熱能來源

印染工業中有大量熱能隨著廢水和廢氣排放耗散至空氣，產生過剩能源，尤其是烘干工序，耗能可達整條生產線的30%以上。據報道，治理與利用能源的主要方向是改變生產設備的結構，通過復合、變形、改變工藝流程［31-32］等方式降低能量耗散，回收余熱轉為工藝熱源進行再生產。

3.2 回收與利用方案

以將烘干機排氣熱量轉化為工藝蒸氣為目的，將噴射器與兩級開式吸收式熱泵相結合。李化淼［33］提出了一種全新的噴射-吸收復合式熱泵，與傳統吸收式熱泵相比，復合式熱泵在保證能量回收率的前提下大幅增強能量的升溫幅度。盛峰等［34］制備了直接換熱器和蒸氣壓縮式熱泵主機復合的復合型熱泵，實現能量的梯級利用，減少?損。

4 結語

在印染工業的能源與資源綜合治理中，對廢氣、廢水的資源回收利用技術研究較多，工業化生產實用性較強，但仍無法完全滿足各種生產工藝和生產規模，能源利用方面還存在較多瓶頸，如熱能的回收利用率較低、電能消耗量較大等。相關文獻顯示，在能源利用問題上，改變設備優于調整工藝流程，原因可能是工藝流程與產物品質有直接關系。