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精制棉行业属于老产品新行业,其生产过程中产生大量的蒸煮废水即精制棉黑液。精制棉黑液含大量木质素类难生物降解有机物,成分复杂,色度高,属于高浓度难降解有机废水。长期以来,由于缺少有关精制棉废水处理的基础研究和工程实例研究,黑液不经处理或处理不达标直接排放,对当地的土地及农作物生长造成严重影响。本文采用两套组合工艺进行精制棉黑液的预处理,降低其色度和生物毒性,去除木质素类难生物降解有机物,为后续生化处理提供有利条件。深入研究了组合工艺的影响因素和降解特性,对物化工艺各阶段的水质变化和处理效果进行评价,取得的主要成果如下:
(1)根据黑液水质特点,构建组合工艺。组合工艺Ⅰ:酸析-混凝-微电解;组合工艺Ⅱ:酸析-树脂。对工艺各阶段进行条件优化,取得了良好效果,出水水质稳定。
(2)酸析的最佳反应条件为:pH=2,静置时间T=90min。在此条件下,精制棉黑液的COD从5400 mg·L-1降至3864 mg·L-1,COD去除率达到29％;色度由4500倍降至3500倍,降低22‰BOD由2860 mg·L-1降至1990 mg·L-1,去除率为30%;急性毒性试验显示对明亮发光杆菌的50%抑光率稀释比(LIR50)由250降至140,急性毒性降低44%;GC/MS扫描显示酸析后溶液中的有机物的种类和含量大大减少,酸析去除了黑液中相对含量的65.6%的碳链数大于9的高分子长碳链有机物。酸析过程主要发生的是物理变化,木质素类有机物被析出去除,各项指标浓度等均得到一定的降低,但色度和急性毒性仍较高。
(3)混凝工艺采用硫酸铝做混凝剂,适宜条件为pH=12,反应温度为40℃,反应时间T=40 min,硫酸铝添加量为0.005 mol/L。其中,pH的影响最大,运行中应严格对pH的控制;其次依次为反应时间、反应温度和混凝剂添加量。混凝处理后黑液COD由5400 mg·L-1降至2800 mg·L-1,去除率为48%;黑液色度由原水的4500倍降至1000倍,去除率为78%;BOD由2860 mg·L-1降至1650 mg·L-1,去除率为42.3%;毒性试验显示50%抑光率稀释比由250降至34,黑液毒性降低86.4%;GC/MS扫描显示混凝后溶液中的有机物的种类和含量大大减少。混凝工艺去除了大部分的色度和急性毒性,但过程中需要耗费大量的碱,可将混凝前置于酸析前进行。
(4)微电解工艺采用锌粉和活性炭颗粒做电极,其适宜条件为pH=4～5,Zn粉的添加量为20 g·L-1,GAC的添加量为5g·L-1,反应温度为40℃,反应时间T=30 min。微电解处理后黑液COD由5400 mg·L-1降至1900 mg·L-1,COD去除率为65%;黑液色度由原水的4500降至50,色度去除率为98.9%;BOD由2860 mg·L-1降至1080 mg·L-1,BOD去除率为62.2%;TOC由2080 mg·L-1降至906 mg·L-1,TOC去除率为56.4%;毒性试验显示50%抑光率稀释比由250降至17,黑液毒性降低93.2%。微电解工艺阶段是锌还原与宏观电极共同作用。不添加活性炭时,出水仍具有较高的COD去除率,表明零价锌的还原作用也可以去除COD。添加活性炭后,产生宏观电极,进一步增加了COD的去除率。但也表明,宏观电极所起的作用是有限的。
(5)大孔树脂吸附采用RS-16B型大孔径树脂吸附,适宜条件为pH=2,反应温度为40℃,反应时间T=24h。树脂吸附处理后黑液COD由5400 mg·L-1降至1827 mg·L-1,COD去除率为66%;黑液色度由原水的4500降至32,色度去除率为99.3%;BOD由2860 mg·L-1降至913 mg·L-1,BOD去除率为68.1%;TOC由2080 mg·L-1降至865 mg·L-1,TOC去除率为58.4%;毒性试验显示50%抑光率稀释比由250降至45,黑液毒性降低82%。
(6)从处理效果、操作难易程度和处理成本等方面研究并比较了两套组合工艺预处理精制棉黑液的性能。两者处理效果均较好且效果接近,大大降低了精制棉黑液的COD浓度、色度和急性毒性等,为后续生化处理提供了有利条件。组合工艺Ⅰ的出水毒性较低,操作较复杂,但处理费用低;组合工艺Ⅱ处理费用较高,但操作较为简单。综合研究分析表明,组合工艺Ⅰ的实用性更强,具有良好的工程应用前景。针对组合工艺Ⅱ应深入研究树脂再生,以降低成本。