粘膠纖維生產廢水治理的改進工藝

摘要：粘膠纖維生產廢水的污染物質主要有酸、堿、鋅離子、硫化物、COD等。通常采用的方法是酸、堿廢水混合曝氣吹脫除硫化物，加石灰乳中和沉淀除鋅的一級物化處理，但很難達到排放標準，主要是鋅和COD超標。當增設二級生化處理后，可全面提高出水水質，使COD等各項指標達到國家一級排放標準。介紹了物化-生化兩級處理粘膠纖維生產廢水的工藝流程、主要構筑物(設備)及設計參數、工藝的優越性、存在問題和建議等。

在常規的物化+生化處理工藝的基礎上引入淺層氣浮和鐵碳過濾的粘膠纖維生產廢水治理的新工藝，并闡釋了其工藝原理。中試結果表明：該工藝特別適合該項廢水的治理，處理后的出水水質能穩定地達到國家一級排放標準。

關鍵詞：粘膠纖維廢水；淺層氣浮；鐵碳過濾；新工藝

Abstract:

Wastewaters of viscose fiber production containing acid, alkali, Zn ion, sulfides and COD are usually treated by primary treatment including mixing of acid and alkali discharges, aerated stripping to remove sulfides, liming neutralization and sedimentation for Zn removal. The effluent of primary treatment with higher Zn and COD residues will not be enough to meet the discharge standard. The situation will be improved by further secondary biological treatment, the COD and other indicators of the secondary effluent shall be quite fair to meet the requirement of class I of the national discharge standard. In this paper the full two-stage treatment scheme of physical and biological treatment processes including the main structures (facilities), design parameters, the advantages, problems and recommendations are presented. Engineering Design and Performance Analysis of High Concentration Wastewater.

A new treatment process of shallow air-floatation and Fe-C filtration based on the traditional process of physicochemical and biological treatment is introduced to treat the wastewater from viscose fiber production.The principle of the process is explained.A pilot-scale experiments were carried out,the results showed that the new process is very suitable for treatment of the wastewater from viscose fiber production,and the effluent quality can steadily meet the requirementof national integrated wastewater discharge standards grade1.

Keywords: viscose fiber wastewater;shallow air-floatation;Fe-C filtration;new process

引言：隨著水污染的日益嚴重，資源短缺日益成為當今經濟和社會發展的制約因素，通過污水資源化途徑實現大部分水的循環再用，這是解決水資源短缺的必由之路。為了克服常規處理工藝的不足，滿足不斷提高的廢水的排放標準，對常規處理工藝出水在進行深度凈化將成為以后的選擇之一。物化+生化兩級處理粘膠纖維生產廢水的工藝目前已作為廢水深度凈化的一個重要途徑而被水工業界重視。

目前，全世界粘膠纖維產量占化纖總產量的1/3左右，我國粘膠纖維年產達幾十萬噸，是主要的化纖品種。粘膠纖維的生產過程中會產生大量的酸、堿廢水，其直接排放將造成嚴重的水污染和大量纖維資源的流失浪費。由于粘膠纖維生產混合廢水的酸性很強且富含鋅鹽和硫化物，治理難度較大，采用常規的物化+生化治理工藝存在運行效果不夠穩定、占地面積大和投資高等問題，急需研究開發既可靠又經濟的治理新工藝。

1.粘膠纖維生產廢水概況

1.1 廢水來源

粘膠纖維生產廢水主要包括酸性和堿性廢水兩大類，其中酸性廢水主要來源于紡絲車間和酸站，包括塑化浴溢流水、洗紡絲機水、酸站過濾器洗滌水、洗絲水和后處理酸洗水等；堿性廢水主要來源于堿站排水、原液車間廢水膠槽及設備洗滌水、濾布洗滌水、換噴絲頭時的帶出水和后處理的脫硫廢水等。〔1〕

1.2 廢水水量及特征污染物

粘膠纖維生產過程中廢水排放總量大致為：短纖維300m3/t，長纖維1200m3/t。粘膠纖維生產混合廢水中的特征污染物為硫酸、硫化物、鋅鹽和纖維素。其中硫酸、硫化物(主要是H2S、CS2等)和鋅鹽污染主要來自粘膠成形工段廢水，且鋅鹽主要以硫酸鋅和纖維素磺酸鋅的形式存在；纖維素主要是由于堿性廢水中的粘膠纖維素與酸性廢水混合后酸析而產生。

2.粘膠纖維生產廢水的常規治理工藝

2.1 一級物化處理

目前，國內粘膠纖維生產廢水的一級物化處理工藝普遍采用如圖1所示的流程。粘膠纖維生產過程中產生的酸性廢水和堿性廢水經混合中和、曝氣吹脫硫化物、加石灰乳除鋅和沉淀澄清后，出水很難達到國家排放標準，尤其是廢水的S2-、Zn2+和COD等不易達標。

存在的問題：

（1）廢水經混合后酸性仍較強(pH＝2～3)，此時原廢水中的粘膠纖維素大量地被酸析出來，而纖維素體積質量小，以常規的沉淀方式難以徹底去除，從而影響出水水質，造成COD超標和資源的流失浪費。

（2）該工藝主要通過曝氣吹脫方式去除硫化物(如H2S、CS2等)，但受到諸多因素的影響，吹脫效率不是很高，出水常會出現S2-超標的現象。

（3）在加石灰乳除鋅的沉淀過程中，由于其沉淀反應的最佳pH值范圍較窄(pH＝8～9)，反應條件難于控制，加上人工投藥，出水常出現Zn2+超標的現象。

（4） 由于混合廢水的pH值較低，要達到后續的沉淀反應條件需投加大量的石灰乳液，這一則增加了運行費用，二則產生的大量石灰渣增加了后續沉淀池的負荷，從而也增加了整個治理過程中的污泥處理量和處置難度。

2.2 二級生化處理

為全面提高粘膠纖維生產廢水治理后的出水水質，達到國家一級排放標準，丹東化纖廠和山東高密化纖廠在國內率先采用了在一級物化處理的基礎上再加活性污泥二級生化處理工藝(如圖2所示)。

粘膠纖維生產廢水經一級物化處理后，一些主要污染物(如COD、SO2-4、Zn2+和硫化物等)有相當一部分被去除，再經后續的活性污泥二級生化處理，使得廢水中BOD5、COD等得以進一步去除，正常運行時出水可達國家一級排放標準。穩定運行90d后，由環境監測中心站進行驗收監測，監測數據見表1。

表1廢水處理站進出水監測結果（mg/L）

pH COD BOD5

進水 出水 進水 出水 進水 出水

9

月

3

日 6.11 6.89 969.6 20.2 291 6.1

6.18 6.99 925.6 29.5 278 6.9

6.10 6.96 981.7 19.0 295 5.7

6.03 7.02 973.6 25.4 292 7.6

9

月

4

日 6.04 7.06 825.7 18.4 248 5.5

6.06 7.14 871.6 22.9 261 6.9

6.08 7.10 793.6 20.6 238 6.2

6.04 7.17 834.9 22.0 250 6.6

總均值 ― ― 897.0 22.2 269 6.4

出口執行標準 ― 6～9 ― 100 ― 20

處理效率（%） 97.5 97.6

評價

結果 達標 達標 達標

存在的問題：

（1）由于僅是在物化處理的基礎上增加了一道活性污泥生化處理工藝，故原物化處理過程中的一些問題(如資源的流失浪費、運行費用高、泥量大)仍然存在。

（2）由于前面物化處理過程的自動化控制程度不高，運行效果不穩定，使得一級處理后的出水時常出現SO2-4、Zn2+超標的現象，而通常當SO2-4＞1000mg/L或Zn2+＞20mg/L時，微生物的生長會受到明顯抑制，這大大影響了后續生化處理的效率。

（3） 由于前面物化處理過程對COD的去除效率不高，使得廢水中酸析出的大量輕質纖維素進入后續的活性污泥生化處理時，污染負荷較大，活性污泥質量不高，需要較長的停留時間(5.7～9.5 h)，這使整個基建投資和運行成本較高，占地面積也較大。

3.粘膠纖維生產廢水處理后的改進 改進工藝及中試效果

根據目前國內粘膠纖維生產廢水治理工藝存在的一些不足，結合該廢水的實際水質水量情況，通過中試試驗研究，提出了在常規的物化+生化處理工藝的基礎上增添淺層氣浮+鐵屑過濾的改進新工藝(如圖3所示)。

3.1 主要工藝原理

（1） 淺層氣浮工藝

原水從氣浮池中心的旋轉進水管進水，通過旋轉布水管布水，布水管的移動速度和進水流速相同，這樣就產生了“零速度”，在這種狀態下進水不會對池水產生擾動，使得顆粒的懸浮和沉降都在一相對靜止的狀態下進行，且這類氣浮裝置的池深一般不超過650 mm。正是依據“零速理論”和“淺池理論”，使得該裝置的進水停留時間短(僅3～5min)，表面負荷高達9.5～12m3/(m2?h)，懸浮物的去除效率可達85%以上。

（2）鐵屑過濾工藝

鐵屑過濾系統是用廢鐵屑經預處理和活化后作填料，利用其產生的電化學反應的氧化還原、電附集、催化、混凝、吸附過濾等綜合效應達到處理效果〔2〕，其中主要作用是氧化還原和電附集。

廢鐵屑的主要成分是鐵和碳，當將其浸入電解質溶液中時，由于鐵和碳之間存在1.2V的電極電位差，因而會形成無數的微電池系統，在其作用空間構成一個電場〔3〕，其電極反應如下：

陽極 Fe???―2e－→Fe2+

陰極 2H+＋2 e－→2〔H〕→H2↑

O2+4H++4 e－→2H2O

O2+2H2O+4 e－→4OH-

陽極反應生成大量的Fe2+進入廢水，形成具有較高吸附絮凝活性的絮凝劑；陰極反應產生大量新生態的H?，在偏酸性的條件下，新生態的H?能與廢水中的許多組分發生氧化還原反應，使有機大分子發生斷鏈降解，提高廢水的可生化性，且陰極反應消耗了大量的H+生成了大量的OH-，這使得廢水的pH值也有所提高。

3.2 工藝說明

（1）粘膠纖維生產中產生的酸性和堿性廢水按配比混合至pH＝2～3后進入吹脫反應池，酸析出大量呈懸浮狀的粘膠纖維素，大部分H2S、CS2等成分也得以吹脫去除。

（2）吹脫反應池出水進入淺層氣浮，大量纖維素得以較為徹底的去除并回收，這既降低了后續處理的污染負荷，也實現了粘膠纖維素的資源回收。[4]

（3）氣浮池出水經鐵屑過濾產生了氧化還原和電附集作用，廢水中的主要污染物(纖維素磺酸鋅)發生了斷鏈脫鋅反應，利于后續處理對Zn2+的徹底沉淀去除，廢水的pH值和可生化性均得到了提高(pH＝5～6)，大大減少了后續中和沉淀的投堿量和污泥產量，也有利于生化處理過程。與此同時，該過程產生的大量Fe2+既可兼作絮凝劑，使后續沉淀過程中不必外加絮凝劑，又可使廢水中殘留的S2-以FeS沉淀的方式得以徹底去除。

（4） 鐵屑過濾塔出水進入曲頸槽與電石乳液(代替石灰乳，節省藥劑費用)充分混合反應，然后進入初沉池沉淀。通過pH值自動控制投藥系統的控制，反應pH值控制在8～8.5，此時廢水中的Zn2+被徹底沉淀去除，廢水中的絕大部分Fe2+也得到沉淀去除。經鐵屑塔處理后的廢水，沉淀性能好(僅需0.5～1.0h即可完全沉淀下來)，大大減少了沉淀池的池容；另外，出水中含有的極少量Fe2+，它是生物氧化酶的重要組成部分，同時在Fe2+→←Fe3+的過程中，電子傳遞對生化反應有刺激作用，從而使生化反應速度有所提高。

（5） 初沉后的出水進入好氧池進行生物處理，由于廢水的可生化性得到了提高，使廢水中殘余的COD、BOD5能在很短時間內得到進一步的降解去除，出水再經二沉池沉淀后達標排放。

（6）初沉池和二沉池中的污泥，先經污泥泵泵入污泥濃縮池濃縮，再經脫水機脫水(因纖維素含量少，其脫水性能好)，產生的泥餅外運，濃縮池的上清液回流至好氧池進行生化處理。

3.3 治理效果

在南平天元化纖廠現場進行了粘膠纖維廢水的中試，原水水質情況見表2。

表2粘膠纖維廢水水質

堿性和酸性廢水按1∶2.5混合，經處理后出水水質能達到國家一級排放標準。試驗結果見表3。

表3粘膠纖維廢水處理中試結果

① 經淺層氣浮后的出水，其COD含量能降至250mg/L，COD的去除率能達到85.9%以上的水平，這充分說明了淺層氣浮在本工藝中運用的合理性和優越性。[5]

② 廢水在鐵屑過濾塔中反應，停留30min左右后，出水Zn2+的含量＜0.05mg/L，硫化物的含量＜0.5mg/L，這充分說明了鐵屑過濾完全滿足本工藝對Zn2+和硫化物的治理要求。

4 .結論

通過改進工藝的中試研究，可得出以下結論：

（1） 采用改進工藝處理粘膠纖維生產廢水切實經濟可行，出水水質能穩定地達到國家一級排放標準，且能回收纖維素資源，值得在實踐中推廣應用。[6]

（2）實踐證明：淺層氣浮和鐵屑過濾在粘膠纖維生產廢水治理過程中的運用是合理、先進的，徹底解決了常規處理中時常會出現的COD、Zn2+和S2-等超標的問題。

（3） 結合粘膠纖維生產廢水的實際水質情況，充分發揮淺層氣浮和鐵屑過濾的特點和優勢，整個工程投資和占地面積較常規方法均能節省1/3左右，也無需另外投加絮凝劑，用電石乳廢液代替石灰乳使投加量大為減少，故投藥費用也能節省近2/3。

（4）采用改進工藝能使處理過程中產生的污泥量大為減少，大大降低了污泥的處置費用和難度。

（5）改進工藝設施操作簡單方便、運行可靠、自動化程度較高。

（6）對粘膠纖維廠現有的物化+生化治理設施，利用本改進工藝能很容易地實現技術改造。

參考文獻：

〔1〕羅院生.物化―生化法兩級處理粘膠纖維廠酸堿廢水工藝設計〔J〕.給水排水，1999，(9)：34-37

〔2〕曹曼.鐵屑固定床及其在廢水中處理的運用〔J〕.上海環境科學，1994，(2)：43-44.

〔3〕祁夢蘭.鐵屑微電解法處理經編廠染色廢水〔J〕.環境保護，1993，(7)：14-16.

〔4〕 劉章富，熊楊，侯鐵．同步生物除磷脫氮的幾種實用新工藝．中國給水排水，2002，18(9):65～68．

〔5〕 陳新宇，陳翼孫，李長興．水解酸化-生物接觸氧化處理合成橡膠廢水實驗研究．化工環保，1997，17(4):221～225．

〔6〕 張自杰．環境工程手冊（水污染防治卷）．北京:高等教育出版社，1996．

生態城市的概念及其特點

1 生態城市的概念

生態城市是一個嶄新的概念，是一個經濟發展、社會進步、生態保護三者保持高度和諧、技術和自然達到充分融合、城鄉環境清潔、優美、舒適，從而能最大限度地發揮人類的創造力、生產力，并促使城鎮文明程度不斷提高的穩定、協調與永續發展的自然和人工環境復合系統。

2 生態城市的特點

目前，生態城市理論研究已從最初的在城市中運用生態原理，發展到包括城市自然生態觀、城市經濟生態觀、城市社會生態觀和復合生態觀等的綜合城市生態理論，生態城市的特點也在研究和實踐中日益深化。就目前的總體認識水平，概況起來說，生態城市與傳統城市相比，主要有以下幾大特點：

（1）高效益的轉換系統

在自然物質――經濟物質――廢氣物的轉換過程中，必須是自然物質投入少，經濟物質產出多，廢棄物排泄少。該系統的有效運行在產業結構方面的表現為第三產業大于第二產業大于第一產業的倒金字塔結構。

（2）高效率的流轉系統

以現代化的城市基礎設施為支撐骨架，為物流，能源流，信息流，價值流和人流的運動創造必要的條件，從而在加速各種流動的有序運動中，減少經濟損耗和對城市生態的污染。

（3）整體性和前瞻性

生態城市不是單單追求環境優美，或自身的繁榮，而是在整體協調的新秩序下尋求發展。規劃，建設，管理城市時，不僅兼顧社會，經濟，環境三者的整體利益，協調發展，而且還要滿足不同地區，社會，后代的發展需求。不僅重視經濟發展與生態環境協調，更注重人類生活質量的提高，也不會因眼前利益而用“掠奪”其他地區的方式換取自身暫時的“繁榮”，或犧牲后代的利益來保持目前的發展。

（4）高質量的社會人文環境

發達的教育體系和較高的人口素質是可持續發展生態城市的基礎和智力條件之一，還應該具有良好的醫療條件和相合的社區環境。

（5）環境質量指標國際化

生活環境優美，管理水平先進，城市的大氣污染，水污染，噪音污染等環境質量指標達到國際水平。城市的綠化覆蓋率，人均綠地面積等指標也達到國際要求。同時對城市人口控制，資源的利用，社會的服務，勞動就業，城市建設等實施高效率的管理，以保證資源的合理開發和利用。

（6）人與自然和人與人的和諧性

生態城市的和諧性，不僅反映在人與自然的關系上，自然、人共生，人回歸自然、貼近自然，自然融于城市，更重要的是在人與人關系上。現在人類活動促進了經濟增長，卻沒能實現人類自身的同步發展，生態城市是營造滿足人類自身進化需求的環境，充滿人情味，文化氣息濃郁，擁有強有力的互幫互助的群體，富有生機與活力，生態城市不是一個用自然綠色點綴而僵死的人居環境，而是關心人、陶冶人的“愛的器官”，文化是生態城市最重要的功能，文化個性和文化魅力是生態城市的靈魂。這種和諧性是生態城市的核心內容。

（7）區域統一性

生態城市作為城鄉統一體，其本身即為一區域概念，是建立區域平衡基礎之上的，而且城市之間是相互聯系、相互制約的，只有平衡協調的區域才有平衡協調的生態城市。生態城市是以人―自然和諧為價值取向的，就廣義而言，要實現這一目標，全球必須加強合作，共享技術與資源，形成互惠共生的網絡系統，建立全球生態平衡。廣義的區域觀念就是全球觀念