Почему сточные воды типографий и красителей трудно очищать? Краткое описание технологий очистки

К сточным водам типографии и крашения относятся сточные воды, сбрасываемые во время процессов предварительной обработки, крашения, печати и отделки хлопка, шерсти, конопли, шелка, химического волокна или смесовых изделий. Полиграфическая и красильная промышленность является основным сектором-потребления воды в текстильной промышленности, где вода выступает в качестве среды на протяжении всего процесса печати и крашения.

 

И. Ватэ-э, качество и качествоХарактеристики чистоты сточных вод полиграфии и крашения

 

Из-за сложных процессов печати и крашения, а также использования широкого спектра химикатов, таких как красители, клеи и вспомогательные вещества, сточные воды печати и крашения характеризуются загрязнением.большой объем, высокое содержание органических загрязнителей, глубокий цвет, высокая щелочность и большие колебания качества воды., что делает его трудным для очистки типом промышленных сточных вод.

 

1. Основные загрязнители и состав сточных вод типографий и красителей.

Сточные воды типографии и крашения содержат красители, клеи, вспомогательные вещества, масла, кислоты и щелочи, примеси волокон, песок, неорганические соли. Среди них красители содержат нитро-, аминосоединения и тяжелые металлы, такие как медь, хром, цинк и мышьяк, которые обладают высокой биологической токсичностью и вызывают серьезное загрязнение окружающей среды.

Красители являются основным источником загрязняющих веществ в сточных водах, имеющих различные типы и разную биоразлагаемость.

Вспомогательные вещества являются еще одним важным источником, включая поверхностно-активные вещества, комплексообразователи металлов и т. д., которые подразделяются на смачивающие и проникающие агенты, эмульгирующие и диспергирующие агенты, пеногасители, фиксирующие агенты, отделочные агенты на основе смол, антипирены и антистатики и т. д.

Также присутствует небольшое количество нефти, образующейся в результате процессов очистки и очистки, с низким содержанием и минимальным воздействием на качество воды.

 

2. Источники и качественные/количественные характеристики сточных вод типографского и красильного производства.

Сточные воды типографии и крашения представляют собой смешанный поток от вышеуказанных процессов, содержащий такие загрязнения, как грязь исходного материала, жир, добавки, красители, поверхностно-активные вещества, вспомогательные вещества и кислоты/щелочи. Сточные воды образуются на каждом этапе печати и крашения:

Предварительная обработка (опаливание, расшлихтовка, очистка, отбеливание, мерсеризация): расшлихтовка сточных вод, промывка сточных вод, отбеливание сточных вод, мерсеризация сточных вод.

Крашение: крашение сточных вод

Печать: печать сточных вод и мыльных вод.

Отделка: очистка сточных вод

 

3. Характеристики качества воды в сточных водах различных печатных и красильных изделий.

Качество сточных вод зависит от волокнистого сырья, типов продукции, производственных процессов, типов красителей/вспомогательных веществ, методов обработки и частоты полоскания. В зависимости от волокнистого сырья текстильная печать и крашение делятся на крашение хлопка, крашение шерсти, крашение шелка и крашение конопли.

 

II. Нормы сброса сточных вод типографий и красителей

 

Стандарт сброса сточных вод для печати и крашения составляетСтандарт сброса загрязнителей воды для текстильной красильной и отделочной промышленности (GB4287-1992).

Категория I: Вредные вещества, которые накапливаются в окружающей среде или организмах и оказывают долгосрочное-воздействие на здоровье человека (с установленными предельно допустимыми концентрациями выбросов).

 

 

Категория II: Вредные вещества с менее долгосрочным-воздействием (с указанными предельно допустимыми концентрациями выбросов).

 

 

III. Технологии очистки сточных вод полиграфии и крашения

 

К основным методам лечения относятсяфизическая обработка, химическая обработка, физико-химическая обработка, биологическая очистка и обработка восстановлением щелочи.. Биологическая очистка является основным методом, который часто сочетается с другими технологиями предварительной обработки.

 

1. Физическое лечение

 

(1) Мембранное разделение

Являясь высокоэффективной-технологией разделения, мембранное разделение использует избирательную проницаемость биологических мембран для отделения, концентрирования и извлечения загрязняющих веществ из сточных вод.

Преимущества: отсутствие химических добавок, отсутствие вторичного загрязнения, простота эксплуатации, низкое энергопотребление, перерабатываемые соли и красители, многоразовая очищенная вода.

Applications: ultrafiltration (UF) and reverse osmosis (RO) for dye wastewater; decolorization rate 95%–98%, COD₍Cr₎ removal 60%–90%, dye recovery >95%.

Nanofiltration (NF): high energy consumption and membrane fouling under high pressure (>1,0 МПа); погружная фильтрация повышает эффективность и экономит энергию.

 

Высокоэнергетическое-физическое лечение

Пучки частиц высокой-энергии бомбардируют воду, образуя высокореактивные радикалы ·OH и атомы H, которые разлагают органические вещества.

Преимущества: высокая скорость удаления органических веществ, небольшая занимаемая площадь, простота эксплуатации.

Недостатки: дорогое оборудование, высокие технические требования, высокое энергопотребление, низкая энергоэффективность.

Прорыв: в марте 2017 года в Цзиньхуа, провинция Чжэцзян, был построен первый демонстрационный проект электронно-лучевого облучения сточных вод при печати и окраске.

 

Ультразвуковая технология

Ультразвук разлагает тугоплавкие органические загрязнители, сочетая в себе передовые методы окисления, сжигания и сверхкритического водного окисления.

Механизм: Ультразвуковая кавитация разрушает органические связи и ускоряет флокуляцию, уменьшая цвет, ХПК и анилин.

Статус: Большинство исследований остается на лабораторной стадии.

 

2. Физико-химическая обработка.

 

(1) Адсорбция

Подходит для усовершенствованной очистки сточных вод печати и крашения с низкой-концентрацией, требует небольших инвестиций и простоты эксплуатации. В состав адсорбентов входятактивированный уголь, макропористая адсорбционная смола, каолин, диатомит и угольный огарок.

Активированный уголь: сильная адсорбция водо-растворимых красителей, но дорогая и ее трудно регенерировать.

Макропористая смола: хорошая стабильность, легкая регенерация, эффективна для ароматических сульфонатов и нафтолов.

Недорогие-адсорбенты (каолин, угольный огарок): хорошее обесцвечивание, но образование большого количества осадка.

 

 

Коагуляция

Включая осаждение и воздушную флотацию, широко используемые на малых и средних-предприятиях из-за низкой стоимости, большой производительности и высокого обесцвечивания. Общие коагулянты: сульфат алюминия, хлорид алюминия, сульфат железа, полиалюминий хлорид (PAC), полижелезный сульфат (PFS), полиакриламид (PAM).

Эффективен для гидрофобных красителей (сера, кубовые, дисперсные красители), но малоэффективен для гидрофильных красителей.

Недостатки: чувствительность к изменениям качества воды, низкое удаление ХПК, большой размер и трудно-о-обезвоживаемый осадок.

 

3. Химическая обработка

 

(1) Химическое окисление

Разрушает хромофоры красителей с помощью озона, реактива Фентона, хлора или гипохлорита натрия.

Озонирование: хорошее обесцвечивание, отсутствие осадка, но высокая стоимость, плохое удаление нерастворимых красителей, низкое удаление ХПК.

Окисление фентона: ·OH из H₂O₂/Fe²⁺ разрывает цепи красителей; в сочетании с коагуляцией; усиливается УФ/оксалатом.

 

Фотохимическое окисление

Включая фотолиз, фотосенсибилизированное окисление, фото-инициируемое окисление и фотокаталитическое окисление (наиболее широко изученное).

Катализаторы: TiO₂, CdS, Fe₂O₃, WO₃; TiO₂ идеален благодаря стабильности, не-токсичности и низкой стоимости.

Преимущества: мягкие условия, сильное окисление, полная минерализация; Недостатки: высокие инвестиции и энергопотребление, непригодность для сточных вод с высокой-концентрацией.

 

Влажное воздушное окисление (WAO)

Окисляет органику при высокой температуре (125–320 градусов) и высоком давлении (0,5–20 МПа).Сверхкритическое водное окисление (СКВО): above 374 °C and 22.05 MPa, homogeneous oxidation, >Удаление 99% органических веществ за 60 секунд, быстро и эффективно.

 

(2) Электролиз

Преобразует загрязняющие вещества в безвредные вещества посредством электродных реакций; стоимость снижается по мере развития мощности.

Внутренний электролиз железа-углерода: образует гальванические элементы для образования хлопьев Fe²⁺/Fe³⁺ и активного [H]/[O], обесцвечивает и улучшает биоразлагаемость.

Электрокаталитическое окисление: генерирует ·OH, O₃, H₂O₂ для полной минерализации органических веществ, подходит для предварительной очистки сточных вод с высокой-концентрацией.

 

4. Биологическая очистка

 

Разделен нааэробные, анаэробные и анаэробные-комбинированные аэробные процессы; В Китае преобладает аэробное лечение.

Аэробные: высокая степень удаления ХПК/БПК₅, плохое обесцвечивание.

Анаэробный: сильное обесцвечивание, низкий выход осадка, извлекаемый метан.

 

--Аэробная биологическая очистка

1. Процесс с активным илом: низкие инвестиции, хорошее удаление органических веществ, частичное обесцвечивание.
2. СБР: пробковое течение-по времени и полное пространственное перемешивание, возможно появление тугоплавких органических веществ.
3. Процесс биопленки: более высокое обесцвечивание, чем у активного ила; включает контактное окисление и биологические фильтры.
4. Биологическое контактное окисление: сочетает в себе преимущества активного ила и биопленки, низкий уровень образования ила, простоту эксплуатации.
5. МБР: объединяет активный ил и мембранную сепарацию, удерживает тугоплавкие органические вещества, воду можно использовать повторно.

 

--Анаэробная биологическая очистка

1. Анаэробный биофильтр: высокая концентрация микробов, длительное удержание осадка, чувствительность к температуре.
2. УАСБ: high-efficiency reactor with three-phase separator, >90% ХПК/удаление цвета.
3. АБР: конструкция с перегородками, многоступенчатый анаэробный режим, отсутствие засорения, легкий запуск.
4. Анаэробный псевдоожиженный слой: короткая ЗГТ, высокая нагрузка, небольшая занимаемая площадь.
5. IC реактор: двойная структура UASB, высокая объемная нагрузка, высокая ударопрочность.
6. Гидролиз Подкисление: останавливает гидролиз/подкисление, улучшает биоразлагаемость, низкое удаление ХПК (40–50%).

 

--Анаэробные-Аэробные комбинированные процессы

1. Сочетает в себе преимущества анаэробной и аэробной обработки; типичные процессы:
2. Анаэробный-аэробный-биологический контакт с углеродом
3. Анаэробный-аэробный биологический вращающийся диск
4. Гидролизное подкисление-аэробный

 

IV. Новые технологии биологической очистки сточных вод полиграфии и крашения

 

1. Технология биоаугментации

Добавляет высокоэффективные разлагающие штаммы (например, грибы белой-гнили) для улучшения удаления загрязняющих веществ. Грибы белой-гнили вырабатывают лигнинпероксидазу и пероксидазу марганца для обесцвечивания красителей широкого-спектра.

 

2. Технология иммобилизованных микроорганизмов.

Фиксирует микробы на носителях, обеспечивая высокую активность и стабильность, более высокую эффективность, чем подвесные системы, меньше осадка.

 

3. Сложность: очистка сточных вод для восстановления щелочности.

Щелочное восстановление гидролизует полиэфирные волокна, имитируя шелк; Сточные воды содержат высокие концентрации терефталевой кислоты, этиленгликоля и олигомеров.

Характеристики: высокий уровень ХПК₍Cr₎, высокая щелочность, плохая биоразлагаемость.

Обработка: кислотное осаждение + электрокаталитическое окисление + деградация солевых-толерантных бактерий + мульти-каталитическое окисление.

 

4. Типичный процесс очистки сточных вод печати и крашения

Решетка → Регулировочный резервуар (аэрация для гомогенизации) → Резервуар факультативного/гидролизного подкисления (улучшает биоразлагаемость) → Резервуар контактного окисления → Резервуар флокуляции → Отстойник → Дезинфекция → Слив; осадок уплотняется и обезвоживается.

 

5. Варианты процесса по типу продукта

 

Сточные воды крашения хлопчатобумажных/трикотажных изделий

Хлопковое плетение: более длительный процесс, более высокая нагрузка; регуляция (6–8 ч), гидролизное закисление (4–10 ч), контактное окисление (8–10 ч).

Хлопчатобумажный трикотаж: без калибровки, меньшая органическая нагрузка, более короткий процесс.

Сточные воды для крашения шелка

Дегуммирование натурального шелка: биоразлагаемые сточные воды с высокой-концентрацией; лечится методом УАСБ+аэробика+коагуляция.

 

 

Крашение натурального шелка: аналогично окрашиванию шерсти; биологическая очистка эффективна.

Полиэстер, имитирующий шелк: сточные воды восстановления щелочи требуют отдельной предварительной очистки.

 

Сточные воды для очистки шерсти

Сточные воды с высокой-концентрацией органических веществ и шерстяным жиром; процесс: сетка → песколовка → регулирование → коагуляция, воздушная флотация → гидролиз, подкисление → анаэробная ферментация → аэробная → коагуляция; шерстяной жир подлежит вторичной переработке.

 

Сточные воды при окрашивании шерстяного текстиля

Хорошая биоразлагаемость (Б/Ц ≈ 0,3–0,4), водо-растворимые красители; процесс: сетка → регулирование → гидролиз-подкисление → контактное окисление → БАФ → коагуляция/фотохимическое окисление.

 

Сточные воды от крашения конопли

Дегуммирование конопли: сточные воды с высокой-щелочной концентрацией органических веществ; обрабатывают методами анаэробного + аэробного + коагуляции/фотохимического окисления.

Крашение конопли: аналогично окрашиванию хлопка, регулируемые параметры.