Perché le acque reflue di stampa e tintura sono difficili da trattare? Riepilogo delle tecnologie di trattamento

Le acque reflue di stampa e tintura si riferiscono alle acque reflue scaricate durante i processi di pretrattamento, tintura, stampa e finitura di cotone, lana, canapa, seta, fibre chimiche o prodotti misti. L'industria della stampa e della tintura è uno dei principali settori dell'industria tessile-consumatore di acqua, poiché l'acqua funge da mezzo durante l'intero processo di stampa e tintura.

 

I. Water Qualità e QuaCaratteristiche dell'entità delle acque reflue di stampa e tintura

 

A causa dei complessi processi di stampa e tintura e dell’uso di un’ampia varietà di sostanze chimiche come coloranti, collanti e ausiliari, le acque reflue di stampa e tintura sono caratterizzate dagrande volume, alto contenuto di inquinanti organici, colore intenso, elevata alcalinità e grandi fluttuazioni della qualità dell'acqua, rendendolo un tipo di acque reflue industriali difficili da trattare.

 

1. Principali inquinanti e composizione delle acque reflue di stampa e tintura

Le acque reflue di stampa e tintura contengono coloranti, appretti, ausiliari, oli, acidi e alcali, impurità di fibre, sabbia e sali inorganici. Tra questi, i coloranti contengono nitro, composti amminici e metalli pesanti come rame, cromo, zinco e arsenico, che sono altamente biologicamente tossici e causano un grave inquinamento.

I coloranti sono la principale fonte di inquinanti nelle acque reflue, con diversi tipi e varia biodegradabilità.

Gli ausiliari sono un'altra fonte importante, inclusi tensioattivi, agenti complessanti i metalli, ecc., che sono classificati in agenti bagnanti e penetranti, agenti emulsionanti e disperdenti, antischiuma, agenti fissanti, agenti di finitura della resina, agenti ritardanti di fiamma e antistatici, ecc.

È presente anche una piccola quantità di olio derivante dai processi di purga e finitura, con un contenuto basso e un impatto minimo sulla qualità dell'acqua.

 

2. Fonti e caratteristiche qualitative/quantitative dell'acqua delle acque reflue di stampa e tintura

Le acque reflue di stampa e tintura sono un flusso misto proveniente dai processi di cui sopra, contenente contaminanti come sporco di materie prime, grasso, appretti aggiunti, coloranti, tensioattivi, ausiliari e acidi/alcali. Le acque reflue vengono generate in ogni fase della stampa e della tintura:

Pretrattamento (sbozzimatura, sbozzimatura, purga, candeggio, mercerizzo): sbozzimatura delle acque reflue, purga delle acque reflue, candeggio delle acque reflue, mercerizzazione delle acque reflue

Tintura: tintura delle acque reflue

Stampa: stampa delle acque reflue e saponatura delle acque reflue

Finitura: finitura delle acque reflue

 

3. Caratteristiche di qualità dell'acqua delle acque reflue provenienti da diversi prodotti di stampa e tintura

La qualità delle acque reflue varia in base alle materie prime fibrose, ai tipi di prodotto, ai processi di produzione, ai tipi di coloranti/ausiliari, ai metodi di lavorazione e alla frequenza di risciacquo. In base alle materie prime fibrose, la stampa e la tintura tessile sono suddivise in tintura del cotone, tintura della lana, tintura della seta e tintura della canapa.

 

II. Standard di scarico per le acque reflue di stampa e tintura

 

Lo standard di scarico per le acque reflue di stampa e tintura èStandard di scarico degli inquinanti idrici per l'industria della tintura e finissaggio tessile (GB4287-1992).

Categoria I: sostanze nocive che si accumulano nell'ambiente o negli organismi ed esercitano effetti a lungo-termine sulla salute umana (con concentrazioni massime consentite di scarico specificate).

 

 

Categoria II: Sostanze nocive con impatti meno-a lungo termine (con concentrazioni di scarico massime consentite specificate).

 

 

III. Tecnologie di trattamento delle acque reflue di stampa e tintura

 

I principali metodi di trattamento includonotrattamento fisico, trattamento chimico, trattamento fisico-chimico, trattamento biologico e trattamento di riduzione degli alcali. Il trattamento biologico è il metodo principale, spesso combinato con altre tecnologie di pretrattamento.

 

1. Trattamento fisico

 

(1) Separazione della membrana

Essendo una tecnologia di separazione ad alta-efficienza, la separazione a membrana utilizza la permeabilità selettiva delle membrane biologiche per separare, concentrare e recuperare gli inquinanti dalle acque reflue.

Vantaggi: nessuna aggiunta chimica, nessun inquinamento secondario, funzionamento semplice, basso consumo energetico, sali e coloranti riciclabili, acqua trattata riutilizzabile.

Applications: ultrafiltration (UF) and reverse osmosis (RO) for dye wastewater; decolorization rate 95%–98%, COD₍Cr₎ removal 60%–90%, dye recovery >95%.

Nanofiltration (NF): high energy consumption and membrane fouling under high pressure (>1,0MPa); la filtrazione sommersa migliora l'efficienza e fa risparmiare energia.

 

Trattamento fisico ad alta- energia

Raggi di particelle ad alta-energia bombardano l'acqua per generare radicali ·OH altamente reattivi e atomi di H, che decompongono la materia organica.

Vantaggi: elevato tasso di rimozione organica, ingombro ridotto, funzionamento semplice.

Svantaggi: attrezzature costose, elevati requisiti tecnici, elevato consumo energetico, bassa efficienza energetica.

Innovazione: il primo progetto dimostrativo di irradiazione con fascio di elettroni per le acque reflue di stampa e tintura è stato realizzato a Jinhua, Zhejiang, nel marzo 2017.

 

Tecnologia ad ultrasuoni

Gli ultrasuoni degradano gli inquinanti organici refrattari combinando caratteristiche avanzate di ossidazione, incenerimento e ossidazione dell'acqua supercritica.

Meccanismo: la cavitazione ultrasonica rompe i legami organici e accelera la flocculazione, riducendo il colore, il COD e l'anilina.

Stato: la maggior parte della ricerca rimane allo stadio di laboratorio.

 

2. Trattamento fisico-chimico

 

(1) Adsorbimento

Adatto per il trattamento avanzato delle acque reflue di stampa e tintura a bassa-concentrazione, con un investimento basso e un funzionamento semplice. Gli adsorbenti includonocarbone attivo, resina adsorbente macroporosa, caolino, diatomite e cenere di carbone.

Carbone attivo: forte assorbimento per coloranti idrosolubili-ma costosi e difficili da rigenerare.

Resina macroporosa: buona stabilità, facile rigenerazione, efficace per solfonati aromatici e naftoli.

Adsorbenti a basso-costo (caolino, cenere di carbone): buona decolorazione ma grande produzione di fanghi.

 

 

Coagulazione

Inclusi precipitazione e flottazione dell'aria, ampiamente utilizzati nelle piccole e medie imprese-per basso costo, grande capacità ed elevata decolorazione. Coagulanti comuni: solfato di alluminio, cloruro di alluminio, solfato ferroso, cloruro di polialluminio (PAC), solfato poliferrico (PFS), poliacrilammide (PAM).

Efficace per coloranti idrofobi (zolfo, tino, coloranti dispersi) ma scarso per coloranti idrofili.

Svantaggi: sensibile ai cambiamenti della qualità dell'acqua, bassa rimozione di COD, fanghi di grandi dimensioni e difficili da disidratare.

 

3. Trattamento chimico

 

(1) Ossidazione chimica

Distrugge i cromofori coloranti utilizzando ozono, reagente Fenton, cloro o ipoclorito di sodio.

Ozonizzazione: buona decolorazione, assenza di morchie, ma costo elevato, scarsa per coloranti insolubili, bassa rimozione di COD.

Ossidazione del Fenton: ·OH da H₂O₂/Fe²⁺ rompe le catene dei coloranti; combinato con la coagulazione; potenziato da UV/ossalato.

 

Ossidazione fotochimica

Comprese fotolisi, ossidazione fotosensibilizzata, ossidazione foto-iniziata e ossidazione fotocatalitica (le più studiate).

Catalizzatori: TiO₂, CdS, Fe₂O₃, WO₃; TiO₂ è ideale per stabilità, non-tossicità e basso costo.

Vantaggi: condizioni blande, forte ossidazione, mineralizzazione completa; svantaggi: elevati investimenti e consumo di energia, scarsa per le acque reflue ad alta-concentrazione.

 

Ossidazione con aria umida (WAO)

Ossida le sostanze organiche ad alta temperatura (125–320 gradi) e alta pressione (0,5–20 MPa).Ossidazione dell'acqua supercritica (SCWO): above 374 °C and 22.05 MPa, homogeneous oxidation, >Rimozione organica del 99% in 60 secondi, veloce ed efficiente.

 

(2) Elettrolisi

Converte gli inquinanti in sostanze innocue tramite reazioni elettrodi; costo ridotto con lo sviluppo della potenza.

Elettrolisi interna del ferro-carbonio: forma celle galvaniche per generare fiocchi di Fe²⁺/Fe³⁺ e [H]/[O] attivi, decolora e migliora la biodegradabilità.

Ossidazione elettrocatalitica: genera ·OH, O₃, H₂O₂ per mineralizzare completamente le sostanze organiche, adatto per il pretrattamento delle acque reflue ad alta-concentrazione.

 

4. Trattamento biologico

 

Diviso inprocessi combinati aerobici, anaerobici e anaerobici-aerobici; il trattamento aerobico domina in Cina.

Aerobico: elevata rimozione di COD/BOD₅, scarsa decolorazione.

Anaerobico: elevata decolorazione, bassa resa in fanghi, metano recuperabile.

 

--Trattamento biologico aerobico

1. Processo a fanghi attivi: basso investimento, buona asportazione organica, parziale decolorazione.
2. SBR: flusso a pistone basato sul tempo- e miscelazione spaziale completa, potenziale per sostanze organiche refrattarie.
3. Processo del biofilm: decolorazione maggiore rispetto ai fanghi attivi; comprende ossidazione da contatto e filtri biologici.
4. Ossidazione biologica per contatto: combina i vantaggi dei fanghi attivi e del biofilm, basso contenuto di fanghi, facilità d'uso.
5. MBR: integra la separazione dei fanghi attivi e delle membrane, trattiene le sostanze organiche refrattarie, acqua riutilizzabile.

 

--Trattamento biologico anaerobico

1. Biofiltro anaerobico: elevata concentrazione microbica, lunga ritenzione dei fanghi, sensibile alla temperatura.
2. UASB: high-efficiency reactor with three-phase separator, >Rimozione COD/colore del 90%.
3. ABR: struttura a deflettori, anaerobico multi-stadio, nessun intasamento, avvio facile.
4. Letto fluido anaerobico: HRT breve, carico elevato, ingombro ridotto.
5. Reattore IC: doppia struttura UASB, carico ad alto volume, forte resistenza agli urti.
6. Acidificazione dell'idrolisi: si ferma all'idrolisi/acidificazione, migliora la biodegradabilità, bassa rimozione di COD (40%–50%).

 

--Processi combinati anaerobici-aerobici

1. Combina i vantaggi del trattamento anaerobico e aerobico; processi tipici:
2. Contatto anaerobico-aerobico-biologico con il carbonio
3. Disco rotante biologico anaerobico-aerobico
4. Acidificazione tramite idrolisi-aerobica

 

IV. Nuove tecnologie di trattamento biologico delle acque reflue di stampa e tintura

 

1. Tecnologia di bioaumento

Aggiunge ceppi degradanti altamente efficienti (ad es. funghi del marciume bianco) per migliorare la rimozione degli inquinanti. I funghi del marciume bianco- producono lignina perossidasi e perossidasi di manganese per la decolorazione del colorante ad ampio-spettro.

 

2. Tecnologia dei microorganismi immobilizzati

Fissa i microbi sui trasportatori per elevata attività e stabilità, maggiore efficienza rispetto ai sistemi sospesi, meno fanghi.

 

3. Difficoltà: trattamento delle acque reflue per la riduzione degli alcali

La riduzione degli alcali idrolizza le fibre di poliestere per simulare la seta; le acque reflue contengono alte concentrazioni di acido tereftalico, glicole etilenico e oligomeri.

Caratteristiche: elevato COD₍Cr₎, elevata alcalinità, scarsa biodegradabilità.

Trattamento: precipitazione acida + ossidazione elettrocatalitica + degradazione batterica sale-tollerante + ossidazione catalitica multi-effetto.

 

4. Tipico processo di trattamento delle acque reflue di stampa e tintura

Griglia → Vasca di regolazione (aerazione per omogeneizzazione) → Vasca di acidificazione facoltativa/idrolisi (migliora la biodegradabilità) → Vasca di ossidazione a contatto → Vasca di flocculazione → Vasca di sedimentazione → Disinfezione → Scarico; i fanghi vengono ispessiti e disidratati.

 

5. Casi di processo per tipo di prodotto

 

Acque reflue di tintura di tessuti di cotone/maglieria

Cotone tessuto: processo più lungo, carico più elevato; regolazione (6–8 ore), acidificazione mediante idrolisi (4–10 ore), ossidazione per contatto (8–10 ore).

Maglia di cotone: nessuna imbozzimatura, carico organico inferiore, processo più breve.

Acque reflue della tintura della seta

Sgommatura naturale della seta: acque reflue biodegradabili ad alta-concentrazione; trattato con UASB + aerobico + coagulazione.

 

 

Tintura naturale della seta: simile alla tintura della lana; il trattamento biologico è efficace.

Seta simulata in poliestere: le acque reflue con riduzione degli alcali richiedono un pretrattamento separato.

 

Acque reflue di lavaggio della lana

Acque reflue organiche ad alta-concentrazione con grasso di lana; processo: griglia → camera di sabbia → regolazione → coagulazione flottazione ad aria → idrolisi acidificazione → fermentazione anaerobica → aerobica → coagulazione; il grasso di lana è riciclabile.

 

Acque reflue di tintura tessile di lana

Buona biodegradabilità (B/C ≈ 0,3–0,4), coloranti solubili in acqua; processo: griglia → regolazione → idrolisi acidificazione → ossidazione da contatto → BAF → coagulazione/ossidazione fotochimica.

 

Acque reflue di tintura della canapa

Sgommatura della canapa: acque reflue organiche alcaline ad alta-concentrazione; trattato mediante ossidazione anaerobica + aerobica + coagulazione/fotochimica.

Tintura della canapa: simile alla tintura del cotone, parametri regolabili.