粘胶纤维酸性生产废水高效脱盐及其资源化应用研究

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粘胶纤维行业作为市场需求不断上升的行业,在化纤行业占有重要位置,但其巨大的耗水量严重制约了行业绿色可持续发展。现工艺下排放的高盐度废水在无法满足回用要求的同时,也会破坏水体的生态平衡,危害人体健康。在粘胶纤维废水中,酸性水的含锌水和洗酸水在占据总水量30%的基础上,贡献了90%的总SO42-浓度。目前常见工艺仅将酸、碱性废水混合后沉淀处理,最终的出水不满足回用水标准,并含有高浓度SO42-,造成大量原料和水资源浪费。综合考虑废水脱盐与资源化目标,本论文对浓度较高、资源化价值较高的含锌水使用电渗析工艺替换原有钙法沉淀工艺,对浓度较低的洗酸水沿用钙法沉淀工艺并耦合CO2除钙工艺,最后对物化出水进行厌氧生化,以期为实际工程化应用提供指导。本文从操作因素、膜参数以及膜污染等方面对电渗析工艺处理粘胶纤维含锌水的性能进行探究,通过深度脱盐为水资源回用提供基础,同时通过资源化降低运营成本。在操作因素中考察了接收水比例、进水流量、电流强度的影响,并确定最佳操作工况为:接收水比例1:5、流量57.8 L/h、电流1.2 A。此时出水中淡水SO42-可降至4700 mg/L、Zn2+可降至2.5 mg/L;同时出水中浓水SO42-、Zn2+和H2SO4浓缩率均高于两倍,可直接返回至生产工艺中,减少药剂单耗。选取均相膜与合金膜进行膜参数性能影响研究,发现均相膜浓水出水的SO42-、Zn2+以及H2SO4的浓度较合金膜分别高出35.0%、20.5%和53.9%,同时其能耗与时耗分别减少15%和7%,产水量提高30%,说明均相膜具有更强的分离性能。使用纯水清洁浓室,均相膜出水的SO42-与Zn2+浓度仅为合金膜的71.7%和65%,证明了均相膜具有更强的抗污染特性。原水中1000 Da的有机物更易通过合金膜,证明均相膜对有机物的抗污染性能更强。综合膜参数以及膜污染研究结果,建议在工程实际应用中选取和均相膜类似的、具有强疏水性骨架、低厚度、低含水率、低溶胀性的离子交换膜。优化均相膜参数后,选取电流强度1.2 A的处理结果进行经济性评估,可知对于含锌水处理的实际工程,电渗析处理的吨水价格和吨水回用价值分别为21.66元和10.05元,可将成本降低46%。本文采用钙法沉淀与CO2除钙工艺处理洗酸水,解决了工艺现存的结垢问题,同时避免后续生化处理环节出现钙化现象。在考察钙法沉淀环节的钙源、投钙量、投酸量及反应温度对出水水质的影响基础上,确定了以Ca CO3为钙源,按理论值1.25倍进行投加,以理论值0.8倍的HCl回调p H,并在90℃反应沉淀的最佳条件。获得的出水中SO42-低于4000 mg/L,达到目标物化出水标准。该方法可有效利用废水高温的特点,并有助于降低投药成本。结合该值进行实验,最终得到的CO2曝气最适工艺参数为:气液比为2:1、5 M Na OH添加量为6 m L/L。在此条件下可将水中Ca2+最终浓度降至200 mg/L,从而有利于厌氧生化反应。同时,除钙工艺的主要原料CO2可以从生产端排放的废气中回收,且工艺产生的Ca CO3沉淀可返回前端钙法沉淀,从而减少整体工艺的运营成本。本文选取COD-4500 mg/L、不同C/S的模拟废水进行厌氧生化实验。实验表明,过高与过低的C/S对厌氧批次反应都存在不利影响,但出水COD含量均在200 mg/L左右,因此建议将物化出水的C/S值处理至1。厌氧污泥的胞外聚合物(EPS)总量、EPS中蛋白质/多糖都随C/S呈正比。使用电渗析实际废水进行厌氧实验,可知电渗析处理后废水可生化性得到明显增加,7天内COD去除率可达76.4%,而原水去除率不足10%。进而证明电渗析处理脱盐后有助于改善厌氧生化系统单元的降解能力。本文对现有粘胶纤维废水处理工艺进行合理的工艺优化,通过对酸性废水的深度脱盐为后续生化处理及回用的可行性提供关键支撑,有效降低现有工艺耗水量的问题。同时,所富集的原料资源可返还至生产单元从而降低生产单耗、节省生产成本。相关工作可为粘胶纤维生产废水的治理及资源化提供一条经济可行的解决路径。
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