摘要：对聚丙烯腈基碳纤维生产过程中的废水采用组合水处理技术，通过物化、生化及化学氧化相结合的水处理方法，兼顾多种消除废水毒性与消除COD的途径，污水经过处理后，实现了出水稳定、可靠，可以达标排放。

　　关键词：聚丙烯基碳纤维；废水；水处理技术；物化；生化；化学氧化

　　0引言

　　在聚丙烯腈基碳纤维生产过程中会产生一定量的废水，废水主要来源于溶剂DMSO回收废液、纺丝水洗废液及蒸汽牵伸冷凝液等，其主要污染物为丙烯腈、二甲基亚砜及二甲基亚砜高温分解物，污水成分复杂，有机物浓度高，且有难闻气味，要找到合适的碳纤维生产废水处理工艺才能对废水进行有效处理。

　　碳纤维生产废水的主要污染物为二甲基亚砜和丙烯腈，二者的性质代表了碳纤维生产废水的主要特性。丙烯腈是废水中的重要有害污染物，高毒性，不仅会破坏水体生态系统，也会危害人类身体健康。丙烯腈聚合产物为聚丙烯腈，无毒，但较难降解。二甲基亚砜是废水中较难处理的污染物，化学性质稳定、腐蚀性较强、渗透性好，且基本无生化活性，不仅难以生化或化学氧化处理，而且对水中微生物有较强的毒害作用。二甲基亚砜受热分解的产物主要是硫醚、硫醇类有机化合物，具有强烈异味，在空气中的含量为ppm级时，即可被人的嗅觉感知。

　　在实际生产过程中，碳纤维生产废水中含有聚丙烯腈、丙烯腈单体、二甲基亚砜、乳化剂、硅油、环氧树脂和碳丝等，成分复杂，污染物浓度较高，生物毒性较大，各工艺段浓度差别大。而厂区生活污水COD比较高，可生化性好。综合以上情况，碳纤维生产厂区废水必须分股、分步进行处理，尤其是生物毒性成分，须采用光催化氧化法处理掉该部分有机物，才能改善其可生化性。

　　1碳纤维生产废水的处理方法与步骤

　　碳纤维生产废水中的二甲基亚砜和丙烯腈，采用常规生物法很难直接处理掉。废水中二甲基亚砜的处理方式主要有化学氧化法和生化法。化学氧化法处理工艺成本较高。生化法处理工艺下，高效菌在厌氧环境下降解二甲基亚砜的过程中会产生一部分含硫挥发物，造成二次污染。在好氧环境下，降解二甲基亚砜存在降解时间长、去除率低等问题。仅生化处理不能满足要求，需要对废水进行预处理，采取酸解、催化氧化和微电解等方式进行，可提升二甲基亚砜的可生化性。同时，利用微生物的极性原理，不断提高微生物的抗性。

　　根据污染物浓度和成分的不同，碳纤维生产废水可分三部分，一是脱单残液，含有高浓度丙烯腈和二甲基亚砜残液，具有一定回收价值，可按一定比例重新进入聚合系统，用于聚合反应。二是DMSO回收脱水塔塔顶废水和纺丝水洗废水，通过废水调节池混合均匀，进入光催化氧化反应器进行氧化，消除生物毒性后进行生化处理。三是含乳化剂、硅油和环氧树脂的废水，可以经过一体化混凝气除去浮渣和沉淀物后，排入调节池处理。调节池的废水经过光催化氧化反应器预处理后，再与生活污水混合，综合废水采用A/O+MBR接触氧化工艺，确保最终产水达到排放或中水回用水质标准。污水处理工艺流程如图1所示。

　　碳纤维生产废水的主要处理步骤如下：

　　1）生产废水（来自生产废水收集池）经格栅进入气浮隔油池气浮后，自流入调节池，与含DMSO较高生产废水的产水混合，进行均质、均量。隔油池有少量油污，需定期外捞。

　　2）调节池污水经提升泵进入光催化氧化反应器进行光催化氧化反应，对污水中难降解的丙烯腈、二甲基亚砜、硫醇和硫醚类的污染物进行氧化降解，反应器的出水自流入混合缓冲池，与低浓度的生活污水混合。

　　3）光催化氧化反应器出水与厂区低浓度生活污水混合后，流入水解酸化池，进行水解酸化处理。有机物在兼性菌团的作用下，发生水解酸化，大分子有机物降解为小分子有机物，提高了污水的可生化性。之后，废水进入好氧池发生生化反应，进一步降低COD。

　　废水中引起COD的主要有机污染物为甲醇、硫醚、二甲基亚砜和丙烯腈等，很难用常规生化方式处理掉。因此，采用组合式催化氧化法H2O2/UV/TiO2系统进行处理。

　　4）为确保最终产水水质能够达标排放或回用，将好氧生化过的污水溢流进入MBR膜生物反应器[10]，经过膜生物反应器处理后，最终出水水质完全可以达到COD＜100 mg/L，SS＜10 mg/L，浊度小于1 NTU的理想标准。

　　聚合工段DMSO纯化回收脱水塔塔顶废水、纺丝工段水洗废水及蒸汽牵伸凝液含二甲基亚砜（DMSO）、丙烯腈（AN）等有机物。废水处理前、后主要参数见表1、表2。

　　由表1、表2可知，废水处理后，丙烯腈质量浓度由200 mg/L左右降至未检出（低于检出限5 mg/L），二甲基亚砜质量浓度由650 mg/L以上降至最低100 mg/L以下，COD质量浓度由6 000 mg/L左右降至100 mg/L以下。

　　2碳纤维生产废水组合水处理技术的优点

　　上述碳纤维生产废水处理工艺组合了多种水处理技术对废水进行有效处理，可满足不同排放标准的要求，实现废水回用，环保节能。

　　1）较难处理的生产废水经预处理后，与低浓度的生活污水混合进行生化处理，可以降低运行成本。

　　2）系统应变能力强。当待处理污水水质异常时，可通过延长光催化氧化反应时间，强化效果，再进入生化系统，能够适应废水的水质变化。

　　3）光催化氧化工艺对难降解的聚丙烯腈、亚砜、硫醚和硫醇类废水有较好的氧化效果。

　　4）系统采用了物化、生化及化学氧化相结合的处理方法，考虑了多种消除废水毒性与消除COD的途径，保证了出水稳定、可靠、达标。

　　5）系统采用模块化设计，自动化程度高，运行安全、可靠。

　　3结论

　　碳纤维企业生产废水具有污染物稳定性强、生物毒性大、生化性差和降解速度慢等特点，采用多项预处理＋生化的组合水处理技术对废水中二甲基亚砜、丙烯腈等预先降解，再经生化处理后，可以实现达标排放。

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