化纖廢水處理技術及工藝研究

劉 立，劉志鵬，王蓉莉

（藍深集團股份有限公司，江蘇 南京 211599）

化學纖維，分為再生纖維和合成纖維兩類，再生纖維的原料為自然界中存在的化合物，而合成纖維則以石油、煤等物質合成，再進一步加工得到的高分子化合物。合成纖維具有優越性能，如耐光、易洗、不易變形等外，同時為了賦予某些特殊性能，常將原料進行優化，合成具有耐高溫、耐腐蝕的特殊纖維。

聚酯纖維（滌綸）作為產量最高的化學纖維，數據顯示，2017年全國化纖總量的80%來源于滌綸。在滌綸產量的飛速增長下，其產生的聚酯廢水也成為不可忽略的重要環境問題。在國家環境政策的施壓下，如何有效處理聚酯廢水技術及工藝對于化纖企業的發展具有重要意義。

1 聚酯廢水來源

目前國內生產聚酯纖維的工藝主要為PTA和乙二醇聚合產生聚酯切片，然后進行紡絲加彈得到聚酯纖維。不同化纖企業按生產能力的不同，主要分為切片生產線和熔體直紡兩條生產線，這兩個階段均在酯化縮聚階段產生酯化廢水，而切片生產線主要產生切片冷卻廢水，熔體直紡線較切片生產線則在熔體過濾器清洗階段、紡絲組件和加彈車間均產生清洗廢水，同時在直紡車間，還會產生油劑廢水和檢驗染色廢水。這部分廢水聚集形成聚酯廢水，其中酯化廢水占比最高，超過總水量的50%。

2 聚酯廢水基本組成及特點

由以上來源可知，聚酯廢水的主要組成有：①高濃度酯化廢水，其特點為COD濃度高，B/C較低，可生化性差，廢水中大部分是低分子未反應的乙二醇、乙醛等，也含有一些副產物如低聚物等大分子有機物。②切片冷卻廢水、過濾器清洗、車間清洗廢水等低濃度、可生化性較好的廢水。③油劑廢水和檢驗染色廢水，這部分污水污染物濃度高，較難生化降解。

以上分析可知聚酯廢水主要特點為有機物濃度高、難生物降解、成分復雜，大部分污染物均有毒性，直接排放的話，會對人體和周圍環境造成巨大危害。

3 聚酯廢水處理所用技術

3.1 聚酯廢水一級處理

由于聚酯廢水難生物降解、成分復雜，因此通常在二級處理前常輔助以一級處理，以提高廢水生化性。目前常用的聚酯廢水一級處理有物理法、化學法和生物法。通常，酯化廢水收集至集水池，首先經過格柵攔截和調節池均質調節。格柵主要為了攔截污水中存在的較大顆粒物。此外，對于聚酯廢水，前端需配備均質調節池，對于調節水量、水質，降低后續處理負荷具有重要作用。

物理方法利用分離作用將物質分離，包括吸附法、蒸餾法和隔油法等。

吸附法主要采用活性炭等表面積大的物質對污染物進行吸附，可有效去除聚酯廢水中部分COD、色度和某些有毒的重金屬。當吸附達到平衡時，再通過一定的方法解吸活性炭。通過改性炭結構，可提高活性炭的吸附能力。

蒸餾法主要針對酯化廢水中的低分子有機物，利用各分子沸點不同，使廢水和蒸汽充分接觸，使得低沸點的有機物雜質從廢水中脫除，有效降低廢水COD。

隔油法用作一級處理工藝，主要是由于紡絲過程中添加油劑，使得廢水中含有少油類物質，其粘性高、顏色重，如果不及時處理，會對后續工藝產生不良影響。目前常用的方法是在一級處理中設置隔油池，利用重力作用將其去除。

化學法對于提高廢水的生化性有優異的效果，因此常被用作聚酯廢水的預處理。目前常用的聚酯廢水化學處理法有混凝沉淀法和高級氧化法。

混凝沉淀法主要通過添加混凝藥劑，在攪拌的作用下使廢水與藥劑充分接觸，污水中的懸浮物及有機物與藥劑反應，以沉淀物的形式從系統中脫除，主要去除廢水中的懸浮物降濁。目前常用的藥劑有鐵鹽、鋁鹽和高分子聚合物混凝劑。暢飛等人通過混凝沉淀法作為化纖廢水的預處理工藝，通過設置正交實驗，研究單獨混凝、助凝-混凝對原水的處理，結果發現添加助劑后的處理藥劑可將化纖廢水的濁度降低85%。

高級氧化法中常用的技術包括電化學催化法、芬頓法和臭氧氧化法等。其降解機理為通過藥劑或加電的方式使系統產生強氧化性自由基如OH、O3、SO4自由基等，對污水中的污染物進行氧化分解，可直接處理難降解廢水且使廢水中的污染物無機化。目前高級氧化法的研究中，主要集中提高反應活性、增大污水和活性基團接觸以及高效陰陽極板材料優化。王坤等人在酯化廢水降解研究中，發現電化學高級氧化工藝，羥基的產生速率顯著提高，污水中的污染物去除率達到40%。

生物法作為一種低成本的處理方法，常用于聚酯廢水的一級處理，通常作為好氧法的預處理。主要包括厭氧反應器和水解酸化等工藝。

厭氧反應器主要包括UASB、IC反應器等。厭氧處理法可處理高濃度有機廢水，因其常采用特殊結構的厭氧反應器，使得反應器中的污泥濃度大大提高，可有效分解污水中的難降解有機物，且無須曝氣，具有處理效果好，能耗低等優點。

水解酸化與厭氧反應器的處理原理相似，均是厭氧微生物在降解反應中發生作用，但水解酸化將厭氧反應過程限制在前兩步，不發生產甲烷階段，因此反應條件更好實現，運行成本更低。

3.2 聚酯廢水二級處理

常規聚酯廢水處理過程中，在考慮運行成本時，二級處理均采用生物處理法，目前常用的生化法有以下3種處理方法。

AAO法即厭-缺-好氧活性污泥法，其主要利用不同分區的微生物對不同的污染物進行分解，因其具有運行成本低、控制簡單等特點被廣泛應用在污水處理中，但其占地面積大、處理效率低、不抗沖擊負荷，對于一些場地緊張和出水要求高的企業并不適用。

生物接觸氧化法作為生物膜法的一種，其通過在活性污泥法中浸沒生物填料，使得微生物穩定固著在填料上，極大地提高了污泥濃度，使處理效率顯著提升。相較傳統活性污泥法，其無需污泥回流且不易發生污泥膨脹，因此能耗較低，抗沖擊能力強。該工藝通常前端設置水解酸化以提高聚酯廢水的可生化性。

膜生物反應器（MBR）法是膜分離技術和活性污泥生物技術的結合。它不同于活性污泥法，不使用沉淀池進行固液分離，而是使用中空纖維膜替代沉淀池，因此具有高效固液分離性能，同時利用膜的特性，使活性污泥不隨出水流失，在生化池中形成8000～12000 mg/L 超高濃度的活性污泥，使污染物分解徹底，因此出水水質良好、穩定，出水濁度接近于零。生活污水處理后可直接回用，在污水處理方面具有傳統工藝不具備的優點。

經過一級預處理后，以上二級處理常被用于聚酯廢水的強化生物處理，污水中大部分有機物均在此階段去除，屬于聚酯廢水處理的主體工藝段。此外，由于聚酯廢水中的成分復雜、濃度高，僅靠單一的好氧段對于污水處理的效果也存在達標排放困難、耐沖擊負荷差等問題。目前的研究中，通過多級厭氧好氧聯合、優化反應器結構及調整各項參數，加大有機物去除效率。

對于優化反應器結構，不少研究者將生物膜法與流化床進行結合，得到MBBR反應器，流化床使得污水和填料充分接觸，提高傳質效率，其技術關鍵在于研究和開發了比重接近于水，輕微攪拌下易于隨水自由運動的生物填料。因生物填料具有表面積大，適合微生物吸附生長的特點，MBBR的污泥濃度可達到3000～5000 mg/L，是傳統活性污泥法的2～3倍。

3.3 聚酯廢水三級處理

經過二級處理，聚酯廢水中絕大部分污染物均已得到有效去除，但隨著國家環保部門對于化纖企業節能減排政策的施壓，污水如何回收利用成為化纖企業污水治理中極大的挑戰，因此越來越多的三級處理被用于聚酯廢水的處理中。

三級處理的目的是要去除污水中懸浮物、降低濁度以及脫鹽深度凈化，達到回收利用的目的。目前常采用的技術為反滲透（RO）。反滲透工藝及通過RO膜對污染物進行分離。然而反滲透膜的膜孔徑較小，因此對于進水的懸浮物濃度及含油量均有一定要求。目前，使用的技術常在其前端加設活性炭過濾器或陶粒過濾器，使得所產生的水中含較低濃度的懸浮物，如果污水中含有過量的油分，則需在其前端配置隔油池，防止膜受到油污污染，堵塞孔徑。

20世紀，由于我國的反滲透膜多依賴于進口，因此RO法因其前期投入高、運行成本居高不下限制了其在污水處理中的應用，目前，我國已經具備生產高性能、高效率優質膜，同時由于國家政策對于工業水零排放要求越來越嚴格，反滲透技術作為最節能、效率最高的分離技術，已有許多工業污水采用RO作為其回用處理的手段，并取得了顯著的效果，這為企業節能減排、資源回收利用作出了巨大貢獻。

4 聚酯廢水處理組合工藝研究

由上述分析可知，聚酯廢水存在成分復雜、污染物濃度高、有毒有害物質多等特點，因此采用單一的污水處理工藝很難達到效果，常常需要將多種工藝結合起來，每一步工藝特別用于處理某個污水指標，下面將通過目前的應用實例來分析化纖廢水處理的組合工藝。

鄭曉東采用強化還原、高級氧化作為預處理工藝，主要投加零價鐵和腐殖酸作為還原劑，然后得到Fe2+，配合過硫酸鈉氧化，使污水的可生化性提高，其后加上厭氧-水解酸化和接觸氧化工藝流程，其在厭氧處理階段的容積負荷可達到近45 kgCOD/（m3·d），配合后續接觸氧化工藝，出水達到《污水處理綜合排放標準》二級標準。

李翊豪通過對化纖廢水進行小試試驗，提出了臭氧/微電解+SBR反應器組合工藝。比較了四種處理工藝對于聚乙烯醇和染料的處理效果，其中包括臭氧和微電解單獨處理過程及其組合工藝，在模擬廢水的研究中發現，當溶液顯酸性，再投加一定量臭氧，后接SBR工藝，可使COD的去除率達到95%。

5 結語

現有的各類化纖廢水處理方法仍存在處理成本高、效果欠佳且成熟度不高等問題。隨著國家對于化纖廢水的處理政策要求更加嚴格，同時對于化纖廢水的資源化利用提出了更高的要求，各化纖企業需投入更多成本去引進新型污水處理技術，將生物法和物理、化學法結合起來是處理化纖廢水的發展方向。