紡績捺染廃水の環境への影響及び処理方法の提案

　　捺染汚水の特性:

紡績捺染業界は工業汚水排出大手であり、汚水には主に紡績繊維上の汚物、油脂、塩類及び加工過程で付加された各種スラリー、染料、界面活性剤、助剤、酸塩基などが含まれている。

廃水の特徴は有機物濃度が高く、成分が複雑で、色度が深く、変化が多く、pHの変化が大きく、水量水質の変化が大きく、工業廃水の処理が難しいことである。化学繊維織物の発展に伴い、シミュレーション糸の勃興と捺染後の整理要求の高まりにより、PVAスラリー、レーヨンアルカリ分解物、新型染料、助剤などの難分解有機物を紡績捺染廃水に大量に進出させ、伝統的な廃水処理技術に対して深刻な挑戦を構成し、COD濃度も従来の数百ミリグラムから1リットル当たり3000～5000 mg/lに上昇した。

パルプ染色廃水は色度が高く、CODが高く、特に国外市場で開発されたシルクブルー、シルクブラック、特深ブルー、特深ブラックなどの捺染技術に基づいて、この種類の捺染は硫化染料、捺染助剤硫化ナトリウムなどを大量に使用しているため、廃水には大量の硫化物が含まれており、この種類の廃水は必ず薬を加えて前処理し、それからシリーズ化処理を行ってこそ、安定して基準を達成して排出することができる。

漂染廃水には染料、スラリー、界面活性剤などの助剤が含まれており、この種類の廃水は水量が大きく、濃度と色度が低く、単純に物化処理を採用すれば、出水も100～200 mg/lの間にあり、色度も排出要求を満たすことができるが、汚染量は大幅に増加し、汚泥処理の費用が高く、二次汚染をもたらしやすく、環境保護の要求が厳しい場合は生化学処理システムを十分に考慮し、通常の強化生物処理技術は処理要求を満たすことができる。

　　化学処理法：

凝集法：

主に混疑沈殿法と混疑ガスフロート法があり、採用された混疑剤の大半はアルミニウム塩または鉄塩を主とし、その中でアルカリ塩化アルミニウム（PAC）の架橋吸着性能が比較的に良く、硫酸第一鉄の価格が最も低い。海外では高分子混疑剤を使用する人が増加しており、無機混疑剤に取って代わる勢いがあるが、国内では価格の理由で高分子混疑剤を使用する人はまだ少ない。報告によると、弱アニオン性高分子混疑剤の使用範囲は最も広く、硫酸アルミニウムと併用すれば、より良い効果を発揮することができる。混疑法の主な利点は、プロセスが簡単で、操作管理が便利で、設備投資省、敷地面積が少なく、疎水性染料の脱色効率が高いこと、欠点は運行費用が高く、スラグ量が多く、脱水が困難で、親水性染料の処理効果が悪いことである。

　　酸化法：

オゾン酸化法は海外での応用が多く、Zima S.V.らは汚染廃水のオゾン脱色の数学モデルをまとめた。研究によると、オゾン使用量は0.886 gO 3/g染料の場合、淡褐色染料廃水の脱色率は80%に達した、研究により、連続運転に必要なオゾン量は間欠運転に必要なオゾン量より高く、反応器内に仕切り板を設置すると、オゾン使用量を16.7%削減できることが分かった。そのため、オゾン酸化脱色を利用して、間欠運転の反応器に設計することが好ましく、その中に仕切り板を設置することが考えられる。オゾン酸化法は多くの染料に対して良好な脱色効果を得ることができるが、硫化、還元、塗料など水に溶けない染料は脱色効果が悪い。国内外の運行経験と結果から見ると、この方法は脱色効果が良いが、消費電力が多く、大規模な普及・応用は一定の困難がある。光酸化法による捺染廃水の処理は脱色効率が高いが、設備投資と電力消費はさらに低下する必要がある。

　電解法：

電解は酸性染料を含む捺染廃水の処理に対して比較的に良い処理効果があり、脱色率は50%〜70%であるが、色が深く、CODcrが高い廃水の処理効果は比較的に悪い。染料の電気化学的性質に関する研究により、各染料の電解処理時のCODcr除去率の大きさの順序は、加硫染料、還元染料>酸性染料、活性染料>中性染料、直接染料>カチオン染料であり、この方法は普及していることが明らかになった。

　　プロセスフロー：

捺染廃水の通常の処理方法は一般的に生化学+物化と物化+生化学の2種類の処理技術に分けられるが、加水分解酸化単位が不足しているため、実際の運行中に好気酸素生化学単位の反応が十分ではなく、後続の物化処理費用が高いという問題がある。従来の好酸素生物処理装置の前に加水分解酸化処理の「加水分解+好酸素」を追加タンデムプロセスは、捺染廃水中の分解しにくい有機物を加水分解し、比較的生分解しやすい物質に生成し、廃水の生分解性を改善することができるか？これにより、従来のプロセスのCOD除去率が向上する。国内の多くの新しい捺染廃水処理装置（生活汚水と捺染廃水の集中処理を含む）は、この技術によって開発された「加水分解好酸素」を採用している生物処理技術？明らかな環境効果と経済効果が得られている。

　　捺染プロセスの4つの工程には廃水排出がある：

硫酸第一鉄の前処理段階（焼毛、解漿、煮錬、漂白、シルク光沢などの工程を含む）で排出される解漿廃水、

ボイリング廃水、漂白廃水、シルクロード廃水、染色工程で排出される染色廃水、印紙工程で排出される印紙廃水、

石鹸液廃水整理工程で排出される整理廃水。

捺染廃水は、上記各種類の廃水の混合廃水、または漂白廃水を除く総合廃水である。

　　嫌気加水分解：

染料は分解しにくい合成有機物であり、その分子構造には主に生分解しにくい吸引電子基であるアゾ基などが含まれている。分子構造上の吸引電子置換基を除去し、電子二重鎖などを切断できれば、後続の生分解が容易になり、染料分子も発色基を失うことになる。加水分解酸化分解染料有機物と脱色のメカニズムは、加水分解酸化微生物の酵素作用を利用してアゾ基の電子二重鎖を切断することにある。この生分解プロセスには、複数の酵素の共同参加が必要である。加水分解の過程で、加水分解汚泥中に成長した偽単胞菌属、気単胞菌属、赤螺菌属の細菌は比較的に良い脱色能力を持っている。混合菌群の脱色能力は各単株菌より高く、混合菌群は協同作用に依存し、染料の分解をより完全にし、脱色をより徹底させる。加水分解酸化処理を採用することにより、原汚水のpH値を緩衝、低減し、汚水中の可溶性CODの比重を増加させ、それにより後続の好気処理のCOD除去率を向上させることができ、同時に発生する可能性のある衝撃負荷の影響を緩衝、調節し、後続の活性汚泥法処理過程で出現する可能性のある汚泥膨張或いは糸状菌の過剰成長を予防、克服することができ、処理システムの動作安定性と信頼性を向上させる。

　　凝縮エアフロー：

捺染廃水は生化学的に劣り、生化学的処理だけでは排出要求を達成することは一般的に困難である。最終的な出水の安定した排出を確保するために、同時に生物化学システムの意外な状況の発生を防止するために、生物化学システムの後に物化技術を追加した。混合剤または脱色剤を投入することにより、廃水中に残った色度を除去し、またコロイド物質を懸濁物に変換し、廃水中に残っている小さくて軽い懸濁物と一緒に水から分離除去することができ、また一部の菌体の代謝産物を除去し、最適な処理効果を保証することができる。薬物混合後の分離には沈殿とガス浮遊の2種類があり、その中で加圧溶存ガス浮遊法は染色廃水の処理に良い脱色効果がある。また、ガス浮遊分離能力は沈殿分離能力の約4-5倍であるため、分離区の面積を大幅に減少させ、大量の投資を節約でき、かつ分離効果が安定し、外部環境の影響を受けないため、加圧溶存ガス浮遊法を物質化処理の措置として選択した。

紡績捺染工業の発展に伴い、捺染廃水の環境への影響は日増しに急激になり、捺染工業廃水の管理研究開発成果も絶えず転化応用されている。

各種紡績捺染廃水の特徴、

（1）綿紡績捺染廃水綿紡績物捺染廃水（前処理工程、染色又はプリント及び後処理工程を含む）はすべて有機性廃水であり、主成分は人工合成有機物及び一部天然有機物であり、一定量の難生物分解物質を含む。

（2）毛紡績捺染廃水毛紡績製品の染色過程には主に酸性染料が使用され、染料の染色率が高く、染色廃水の色度が相対的に低い。毛織製品の染色廃水は生分解性がよく、生化学を用いた処理に適している。

（3）シルク紡績捺染廃水真シルク捺染廃水は中性有機性廃水であり、生分解性がよく、廃水中の有機物含有量は比較的に低い。

（4）麻紡績捺染廃水麻紡績繊維はセルロース繊維であり、その加工過程で脱ゴム廃水と捺染廃水が発生する。麻紡績製品の生産過程における脱膠廃水は高濃度の有機性廃水であり、比較的に生分解しやすい。麻紡績製品の加工過程で排出される捺染廃水は綿紡績捺染廃水に近いが、色度がやや低い。

要するに、各種類の捺染廃水は全体的に有機性廃水に属し、その中に含まれる色及び汚染物は主に天然有機物質（天然繊維に含まれる蝋質、膠質、ヘミセルロース、油脂など）及び人工合成有機物質（染料、助剤、スラリーなど）である、異なる繊維原料の織物は染色と印刷の過程で、染色溶液と印刷溶液は電解質溶液であり、異なる織物によりよく印刷するためには、異なるpH値の条件下で行う必要があるため、印刷と染色の過程で廃水を排出するpH値はそれぞれ異なる。異なる繊維織物では、プリントや染色の過程で使用される染料が異なり、その染色率が異なり、排水の色も異なる。