化纤废水处理技术及工艺研究

刘 立，刘志鹏，王蓉莉

（蓝深集团股份有限公司，江苏 南京 211599）

化学纤维，分为再生纤维和合成纤维两类，再生纤维的原料为自然界中存在的化合物，而合成纤维则以石油、煤等物质合成，再进一步加工得到的高分子化合物。合成纤维具有优越性能，如耐光、易洗、不易变形等外，同时为了赋予某些特殊性能，常将原料进行优化，合成具有耐高温、耐腐蚀的特殊纤维。

聚酯纤维（涤纶）作为产量最高的化学纤维，数据显示，2017年全国化纤总量的80%来源于涤纶。在涤纶产量的飞速增长下，其产生的聚酯废水也成为不可忽略的重要环境问题。在国家环境政策的施压下，如何有效处理聚酯废水技术及工艺对于化纤企业的发展具有重要意义。

1 聚酯废水来源

目前国内生产聚酯纤维的工艺主要为PTA和乙二醇聚合产生聚酯切片，然后进行纺丝加弹得到聚酯纤维。不同化纤企业按生产能力的不同，主要分为切片生产线和熔体直纺两条生产线，这两个阶段均在酯化缩聚阶段产生酯化废水，而切片生产线主要产生切片冷却废水，熔体直纺线较切片生产线则在熔体过滤器清洗阶段、纺丝组件和加弹车间均产生清洗废水，同时在直纺车间，还会产生油剂废水和检验染色废水。这部分废水聚集形成聚酯废水，其中酯化废水占比最高，超过总水量的50%。

2 聚酯废水基本组成及特点

由以上来源可知，聚酯废水的主要组成有：①高浓度酯化废水，其特点为COD浓度高，B/C较低，可生化性差，废水中大部分是低分子未反应的乙二醇、乙醛等，也含有一些副产物如低聚物等大分子有机物。②切片冷却废水、过滤器清洗、车间清洗废水等低浓度、可生化性较好的废水。③油剂废水和检验染色废水，这部分污水污染物浓度高，较难生化降解。

以上分析可知聚酯废水主要特点为有机物浓度高、难生物降解、成分复杂，大部分污染物均有毒性，直接排放的话，会对人体和周围环境造成巨大危害。

3 聚酯废水处理所用技术

3.1 聚酯废水一级处理

由于聚酯废水难生物降解、成分复杂，因此通常在二级处理前常辅助以一级处理，以提高废水生化性。目前常用的聚酯废水一级处理有物理法、化学法和生物法。通常，酯化废水收集至集水池，首先经过格栅拦截和调节池均质调节。格栅主要为了拦截污水中存在的较大颗粒物。此外，对于聚酯废水，前端需配备均质调节池，对于调节水量、水质，降低后续处理负荷具有重要作用。

物理方法利用分离作用将物质分离，包括吸附法、蒸馏法和隔油法等。

吸附法主要采用活性炭等表面积大的物质对污染物进行吸附，可有效去除聚酯废水中部分COD、色度和某些有毒的重金属。当吸附达到平衡时，再通过一定的方法解吸活性炭。通过改性炭结构，可提高活性炭的吸附能力。

蒸馏法主要针对酯化废水中的低分子有机物，利用各分子沸点不同，使废水和蒸汽充分接触，使得低沸点的有机物杂质从废水中脱除，有效降低废水COD。

隔油法用作一级处理工艺，主要是由于纺丝过程中添加油剂，使得废水中含有少油类物质，其粘性高、颜色重，如果不及时处理，会对后续工艺产生不良影响。目前常用的方法是在一级处理中设置隔油池，利用重力作用将其去除。

化学法对于提高废水的生化性有优异的效果，因此常被用作聚酯废水的预处理。目前常用的聚酯废水化学处理法有混凝沉淀法和高级氧化法。

混凝沉淀法主要通过添加混凝药剂，在搅拌的作用下使废水与药剂充分接触，污水中的悬浮物及有机物与药剂反应，以沉淀物的形式从系统中脱除，主要去除废水中的悬浮物降浊。目前常用的药剂有铁盐、铝盐和高分子聚合物混凝剂。畅飞等人通过混凝沉淀法作为化纤废水的预处理工艺，通过设置正交实验，研究单独混凝、助凝-混凝对原水的处理，结果发现添加助剂后的处理药剂可将化纤废水的浊度降低85%。

高级氧化法中常用的技术包括电化学催化法、芬顿法和臭氧氧化法等。其降解机理为通过药剂或加电的方式使系统产生强氧化性自由基如OH、O3、SO4自由基等，对污水中的污染物进行氧化分解，可直接处理难降解废水且使废水中的污染物无机化。目前高级氧化法的研究中，主要集中提高反应活性、增大污水和活性基团接触以及高效阴阳极板材料优化。王坤等人在酯化废水降解研究中，发现电化学高级氧化工艺，羟基的产生速率显著提高，污水中的污染物去除率达到40%。

生物法作为一种低成本的处理方法，常用于聚酯废水的一级处理，通常作为好氧法的预处理。主要包括厌氧反应器和水解酸化等工艺。

厌氧反应器主要包括UASB、IC反应器等。厌氧处理法可处理高浓度有机废水，因其常采用特殊结构的厌氧反应器，使得反应器中的污泥浓度大大提高，可有效分解污水中的难降解有机物，且无须曝气，具有处理效果好，能耗低等优点。

水解酸化与厌氧反应器的处理原理相似，均是厌氧微生物在降解反应中发生作用，但水解酸化将厌氧反应过程限制在前两步，不发生产甲烷阶段，因此反应条件更好实现，运行成本更低。

3.2 聚酯废水二级处理

常规聚酯废水处理过程中，在考虑运行成本时，二级处理均采用生物处理法，目前常用的生化法有以下3种处理方法。

AAO法即厌-缺-好氧活性污泥法，其主要利用不同分区的微生物对不同的污染物进行分解，因其具有运行成本低、控制简单等特点被广泛应用在污水处理中，但其占地面积大、处理效率低、不抗冲击负荷，对于一些场地紧张和出水要求高的企业并不适用。

生物接触氧化法作为生物膜法的一种，其通过在活性污泥法中浸没生物填料，使得微生物稳定固着在填料上，极大地提高了污泥浓度，使处理效率显著提升。相较传统活性污泥法，其无需污泥回流且不易发生污泥膨胀，因此能耗较低，抗冲击能力强。该工艺通常前端设置水解酸化以提高聚酯废水的可生化性。

膜生物反应器（MBR）法是膜分离技术和活性污泥生物技术的结合。它不同于活性污泥法，不使用沉淀池进行固液分离，而是使用中空纤维膜替代沉淀池，因此具有高效固液分离性能，同时利用膜的特性，使活性污泥不随出水流失，在生化池中形成8000～12000 mg/L 超高浓度的活性污泥，使污染物分解彻底，因此出水水质良好、稳定，出水浊度接近于零。生活污水处理后可直接回用，在污水处理方面具有传统工艺不具备的优点。

经过一级预处理后，以上二级处理常被用于聚酯废水的强化生物处理，污水中大部分有机物均在此阶段去除，属于聚酯废水处理的主体工艺段。此外，由于聚酯废水中的成分复杂、浓度高，仅靠单一的好氧段对于污水处理的效果也存在达标排放困难、耐冲击负荷差等问题。目前的研究中，通过多级厌氧好氧联合、优化反应器结构及调整各项参数，加大有机物去除效率。

对于优化反应器结构，不少研究者将生物膜法与流化床进行结合，得到MBBR反应器，流化床使得污水和填料充分接触，提高传质效率，其技术关键在于研究和开发了比重接近于水，轻微搅拌下易于随水自由运动的生物填料。因生物填料具有表面积大，适合微生物吸附生长的特点，MBBR的污泥浓度可达到3000～5000 mg/L，是传统活性污泥法的2～3倍。

3.3 聚酯废水三级处理

经过二级处理，聚酯废水中绝大部分污染物均已得到有效去除，但随着国家环保部门对于化纤企业节能减排政策的施压，污水如何回收利用成为化纤企业污水治理中极大的挑战，因此越来越多的三级处理被用于聚酯废水的处理中。

三级处理的目的是要去除污水中悬浮物、降低浊度以及脱盐深度净化，达到回收利用的目的。目前常采用的技术为反渗透（RO）。反渗透工艺及通过RO膜对污染物进行分离。然而反渗透膜的膜孔径较小，因此对于进水的悬浮物浓度及含油量均有一定要求。目前，使用的技术常在其前端加设活性炭过滤器或陶粒过滤器，使得所产生的水中含较低浓度的悬浮物，如果污水中含有过量的油分，则需在其前端配置隔油池，防止膜受到油污污染，堵塞孔径。

20世纪，由于我国的反渗透膜多依赖于进口，因此RO法因其前期投入高、运行成本居高不下限制了其在污水处理中的应用，目前，我国已经具备生产高性能、高效率优质膜，同时由于国家政策对于工业水零排放要求越来越严格，反渗透技术作为最节能、效率最高的分离技术，已有许多工业污水采用RO作为其回用处理的手段，并取得了显著的效果，这为企业节能减排、资源回收利用作出了巨大贡献。

4 聚酯废水处理组合工艺研究

由上述分析可知，聚酯废水存在成分复杂、污染物浓度高、有毒有害物质多等特点，因此采用单一的污水处理工艺很难达到效果，常常需要将多种工艺结合起来，每一步工艺特别用于处理某个污水指标，下面将通过目前的应用实例来分析化纤废水处理的组合工艺。

郑晓东采用强化还原、高级氧化作为预处理工艺，主要投加零价铁和腐殖酸作为还原剂，然后得到Fe2+，配合过硫酸钠氧化，使污水的可生化性提高，其后加上厌氧-水解酸化和接触氧化工艺流程，其在厌氧处理阶段的容积负荷可达到近45 kgCOD/（m3·d），配合后续接触氧化工艺，出水达到《污水处理综合排放标准》二级标准。

李翊豪通过对化纤废水进行小试试验，提出了臭氧/微电解+SBR反应器组合工艺。比较了四种处理工艺对于聚乙烯醇和染料的处理效果，其中包括臭氧和微电解单独处理过程及其组合工艺，在模拟废水的研究中发现，当溶液显酸性，再投加一定量臭氧，后接SBR工艺，可使COD的去除率达到95%。

5 结语

现有的各类化纤废水处理方法仍存在处理成本高、效果欠佳且成熟度不高等问题。随着国家对于化纤废水的处理政策要求更加严格，同时对于化纤废水的资源化利用提出了更高的要求，各化纤企业需投入更多成本去引进新型污水处理技术，将生物法和物理、化学法结合起来是处理化纤废水的发展方向。