当前印染废水治理中的关键问题
印染废水的排放及污染一直是制约我国纺织行业可持续发展及生态环境保护的重要因素。进入21世纪以来，国家对生态环境保护日益重视，对废水排放标准及区域废水排放总量控制日趋严格，为保证纺织印染行业的可持续发展，印染废水治理技术也不断呈现出新的变化，并由此出现了许多新问题。印染废水治理过程中新问题的合理解决，是未来纺织印染企业实现低碳经济、可持续发展的必经之路。笔者在分析印染废水现状的基础上，探讨了当前印染废水的主要治理技术及存在的相应问题，并结合已有研究提出可能的解决思路及方案，希望对未来印染行业治污及可持续发展有所裨益。
1印染废水现状分析
1.1印染废水排放量
我国是纺织大国，纺织产业对我国国计民生发挥着巨大作用。同时，纺织产业又是重污染行业，尤其是印染废水的排放量已跃居全国工业企业废水排放量的前4位。每印染加工1t纺织品耗水100~200t，其中80%~90%成为废水。统计数据显示，2008年纺织工业废水排放量居各工业行业第3位，占全国工业废水总排放量的10.6%，年排放废水约23亿t。在纺织工业废水中，总量大、污染严重且难处理的主要是印染废水，占纺织工业废水总排放量的80%。另外，我国大多数中小型印染企业的生产工艺还处于20世纪80年代的水平，对水资源的利用率远落后于世界其他地区，在生产同类单位产品的情况下，我国印染废水中污染物含量是国外的2～3倍，用水量则高达3～4倍〔1〕。
1.2印染废水水质
近年来，随着纺织印染行业的科技进步及不断创新，化学合成的原料(染料及助剂)使用量大大增加，使印染废水水质呈现多元复杂化的趋势。排放的印染废水中含有大量的浆料、染料、助剂以及表面活性剂等，导致废水的碱性和色度都较高，且可生化性低。同时，印染废水已不局限于高COD、高色度、低可生化性的特点，有的印染废水还出现高氨氮的污染特征，无疑加大了印染废水处理难度。例如东华大学(原中国纺织大学)完成的江西省某地毯产业园有限公司印染废水处理回用示范工程，由于排出的印染废水中使用了氨水pH缓冲剂，导致废水中氨氮高达100~200mg/L。另外，在对锦纶生产废水的治理中发现，锦纶生产过程中排放的废水含有大量的己内酰胺单体，在好氧条件下己内酰胺会降解为CO2、NH3和H2O，使废水中的氨氮大幅升高。
当前由于各印染企业的产品、原料差异性较大，废水中的微观组分也不尽相同，有时尽管不同印染企业所排放废水的COD差别不大，但采用同样的处理工艺所表现出的处理效能孑然不同。因而必须在工程设计、运行及调试过程中“具体问题具体分析”，根据不同企业排放的印染废水进行详尽的前期科学实验、设计运行参数优化等工作，方能达到最优处理效果。这是当前印染废水处理的难点，同时也是吸引科技工作者不断进行印染废水处理新技术攻关的魅力所在。
1.3印染废水COD来源
以往的很多研究将印染废水处理的焦点主要集中在染料的去除，实际上对于印染废水COD的贡献却不主要来源于染料，因为在印染过程中90%以上的染料已上色，只有不到10%的染料排入废水中，而大量的助剂却在印染过程中进入到废水中。东华大学进行的多年工程实践及研究也证明，对COD贡献最大的是印染过程中添加的助剂，在生物处理法工程设计中尤其应优先考虑助剂的可生化性问题，而染料只对印染废水色度的生成起到较大作用。因此，废水中COD来源及污染物主要成分的分析对印染废水处理工艺的选择具有重要的指导作用。
2印染废水处理技术现状及问题
2.1主要处理技术及存在的问题
目前，对印染废水的处理主要采用物理法、化学法和生物法。
物理法中使用最多的是物理吸附法和膜分离法。物理吸附法常采用活性炭对水溶性的染料进行吸附〔2〕，但活性炭吸附容易达到饱和，需要进行再生，而再生费用较高，因此该方法一般适用于深度处理或者浓度低、水量较小的废水处理。膜分离法是运用不同孔径大小的半透性膜，将不同粒径大小的混合物进行过滤分离，该方法出水稳定，效果好，但分离膜的重复利用率低，并且膜的成本高，因此该技术很难大面积推广〔3〕。
化学法主要包括化学混凝法、臭氧氧化法和光催化氧化法。化学混凝法是依靠分子间的相互作用，使废水中小分子悬浮物、胶体物质等形成大分子颗粒物，再通过沉淀或气浮的方式将其去除。混凝法处理成本小，操作简单，在目前印染废水处理过程中广泛应用，但该方法需要对泥渣进行二次处理，且对于水溶性高的染料脱色效果不好〔4〕。臭氧氧化法对于处理废水色度和降低COD有较大优势，但臭氧发生器成本较高，且运行管理要求严格，使臭氧氧化法在实际运用中效果不稳定〔5〕。光催化氧化法是通过光催化剂产生自由基，将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水，由于目前光催化剂对太阳光的利用率低，限制了其在印染废水处理中的应用〔6〕。
生物法是通过微生物的生长代谢去除废水中的有机污染物，由于印染废水的可生化性差，单独使用生物法处理印染废水很难达到排放要求。
在实际应用中，考虑到印染废水的水质特征，通常将物理、化学和生物法联合使用，以实现印染废水的达标排放。
2.2印染废水治理技术研究与应用脱节
印染废水处理是一个“古老”的课题，但在不同的时期总有新问题不断涌现。在我国，建国初期纺织工业处于起步阶段，印染过程中添加的助剂大多为天然易生物降解物质(例如淀粉)，印染废水经过生化或生化+物化的工艺处理即可达标排放。但随着纺织印染技术水平的不断提高，以及对高端印染产品的需求加大，难降解工业合成染料和助剂的使用量加大，使印染废水可生化性显著降低，处理难度大幅度增加，有时仅经生化或生化+物化的工艺路线难以达到排放标准要求。针对这一新问题，近年来国内外开展了大量印染废水处理新技术的应用基础研究，包括高级氧化、膜分离等技术。单从技术角度分析，这些高端技术完全可以解决印染废水中难降解COD的去除问题，但实际上印染企业大多具有“微利、薄利多销”的特征，高端技术的应用势必带来投资及运行成本增大的问题，不适用于利润率偏低的印染企业。因此，探索低成本、高效印染废水处理技术并付诸实践势在必行。
2.3“提标”及“回用”带来的问题
当前，为实现国家节能减排要求，印染废水排放标准已大幅度提升，在江浙地区已普遍提高到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中的一级B甚至一级A标准;为控制排污总量，废水回用率也逐步成为硬性要求，有的地区印染废水回用率要求达到50%以上。2012年《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287—2012)修订后，各排放限值均在原标准(1992年版)上加严。如1992年版标准规定，COD、BOD5、NH3-N的排放限值分别为180、60、25mg/L，对总氮和总磷没有明确要求;而2012年版COD、BOD5、NH3-N的排放限值分别提高至100、25、12mg/L，且对总氮和总磷的排放限值明确要求为20、1.0mg/L。
排放提标及回用对印染废水的治理观念及技术革新产生了直接而深远的影响，不仅要求处理后废水高标准排放，更为重要的是需要深入研究印染废水处理回用技术及方案。印染废水处理回用不同于建筑中水回用，其回用用途除考虑厂区冲厕、洗车、绿化等环节之外，更需涉及用水量较大的漂洗、染色等生产环节。对于水质要求较低的退浆、煮练、漂洗等环节，使用印染废水二级生化处理出水就可满足要求;但对产品质量要求较高的染色、印花和漂白等环节往往需要更高品质的回用水，而这部分回用水只有通过高端处理技术方能达到要求。而现实情况依然是处理回用成本和费用问题的制约，导致印染行业废水回用率一直维持在不足10%的低水平范围。例如：在我国纺织印染业发达地区——吴江盛泽镇，经当地环保局调研分析，当地印染企业所能接受的回用成本仅为0.5元/m3，但当前高级氧化、膜分离等高端处理技术的处理成本均高于这一水平。
2.4排污总量控制加大了废水治理难度
实施印染企业排污总量控制可有效保护环境容量，但对于当前印染企业的发展乃至生存却是一个不小的挑战。当前印染企业要在不触及排污总量底线的前提下进行扩大再生产，就必须以更高的标准实施废水的源头控污及末端治理。一方面企业必须重视清洁生产，淘汰产污量较大的落后工艺设备;另一方面必须加大印染废水处理力度，使废水处理后达到高标准排放甚至回用程度。事实上，当前我国印染企业工艺及装备水平落后于发达国家，无水染色技术只停留在实验室研究层面，多数印染企业依然采用废水产生量大的传统工艺，由于资金的原因，企业实施清洁生产之路还很漫长。此外，当前印染企业大多为民营企业，难以集中力量构建低成本、高效末端治理技术的研发及攻关平台，资金投入尚显不足，造成目前还缺乏技术和经济兼顾的废水处理回用关键技术。
3未来印染废水治理面临的挑战与机遇
(1)应对“提标”及“回用”，另辟蹊径研发应用高效低耗废水处理及回用技术。
面对印染行业利润率偏低的现实和特点，应有针对性地研发和应用低成本难降解印染废水处理技术。对此，东华大学近年来进行了一些有益的探索和实践。例如在印染废水处理回用中引入低成本、易于管理的生态处理技术，尽管传统观点认为人工湿地等生态处理技术适用于COD偏低、易降解的生活污水及地表水体修复，但如果将印染废水经过一定的生化预处理后再应用人工湿地技术进行处理还是具有较强的可行性。东华大学应用水解酸化-好氧-人工湿地组合技术在江西某地毯产业园有限公司建立了印染废水生态处理回用示范工程，其生化和生态工艺水处理总成本仅为1.0元/m3左右，处理出水水质达到了厂区生产工艺的用水要求，实现了废水的“零排放”。
对现有常用废水处理技术进行革新和改进，用于印染废水的处理也是较为可行的方法。东华大学曾用低阻力、廉价的无纺布或纺织布替代膜生物反应器(MBR)中的有机膜，使膜单元一次性投资大为降低，并能实现完全重力式过滤，节能效果突出;另外，针对常规工艺难以实现印染废水达标排放的问题，开发了多金属催化还原技术对常规工艺出水进行深度处理，目前该技术在实验室研究及萧山某污水厂的中试研究中均取得了满意的效果，且处理成本仅约0.5元/m3，对该技术有望进一步加大试验规模以及大范围推广应用。
南京理工大学刘伟京采用“强化厌氧水解+A/O(PACT)+混凝沉淀过滤”组合工艺处理以纺织印染企业为主的工业园区综合废水，结果表明，系统总COD去除率达到93.2%，出水水质达到江苏省《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染排放限值》要求〔7〕。同济大学建筑设计研究院采用臭氧-生物滤池、臭氧-生物碳池-双膜法处理工艺生产不同品质的回用水，达到分质回用的目的，保证了回用水水质及工程运行的安全性和可行性，同时降低了处理成本〔8〕。
另外，一些新的技术也在印染废水处理过程中不断尝试与应用。K.R.Parmar等〔9〕用丙酮将石墨烯进行还原，生成丙酮还原性石墨烯(ARGO)，然后对ARGO进行Fe3O4表面修饰，制备了磁性还原性石墨烯，该材料具有很好的染料吸附效果，且该磁性材料可以通过控制磁场对其进行回收利用，有效降低了材料的使用成本。此外，TiO2光催化氧化〔10〕、阳离子絮凝剂〔11〕、纳米铁强化絮凝/砂滤/超滤〔12〕等技术也在印染废水处理中得到应用并逐渐发展。
(2)应对“排污总量控制”，探索经济可行的系统回用工程方案。
印染工艺涉及到多个环节，每个环节对用水水质的要求不一，因此必须以“分质回用”的观点综合分析废水回用方案，以最大可能降低回用成本，也就是在不同的工艺环节使用不同处理程度的废水。例如在品质要求高的印花、染色、漂白等环节需使用二级生化出水经纳滤(NF)或反渗透(RO)深度处理后的脱盐水;而在退浆、煮练、漂洗等对水质要求较低的环节使用印染废水生化出水即可。东华大学在其参与完成的规模为20000m3/d的山东某印染科技有限公司印染废水处理及回用工程设计中，遵循“分质回用”思路，对生产工艺部分高品质水通过RO深度处理回用，使印染废水处理回用综合成本降至1.6元/m3左右。总之，对印染废水进行处理回用要站在印染厂生产工艺的“全局”通盘考虑，从“系统工程”角度确定综合回用工程方案，从而达到技术经济最优之目的。
(3)革新观念，使企业接受印染废水处理“回用水”。
除技术及经济原因之外，观念也是制约回用水使用的重要因素。经过对多家印染企业的调研发现，虽然印染废水深度处理回用水水质达到了工艺要求，且染色实验表明布匹上色质量也满足要求，但企业对使用回用水总有不安全之感，十分担忧因使用回用水影响产品的销路。要转变观念，除了从技术上充分论证之外，还需政府宣传、制度及政策的诱导及推动，方能使企业从观念上接受“回用水”。
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