稅永紅

(成都紡織高等?？茖W(xué)校，四川 成都611731)

0 引言

無(wú)紡布也稱“非織造布”、“不織布”，它是利用高聚物切片、短纖維或者長(zhǎng)絲通過(guò)各種纖網(wǎng)成型方法和固結(jié)技術(shù)制成的新型纖維制品，是一種不需要經(jīng)過(guò)紡紗和織布工序就能形成的織物。 生產(chǎn)工藝包括熱軋粘合法、浸漬粘合法、針刺法、紡粘法、熔噴法等[1-2]，既可制成緊密型產(chǎn)品，又可制成膨松性的產(chǎn)品；既可加工成普通的薄型制品，又可加工成特殊需要的超厚型制品。 其纖維原材料主要包括滌綸(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，PET)、丙綸(聚丙烯，PP)、錦綸(聚酰胺，PA)、氯綸(聚氯乙烯，PVC)、腈綸(聚丙烯腈，PAN)、氨綸(聚氨基甲酸酯，PU)等。 由于無(wú)紡布具有比表面積大、孔徑范圍廣、耐腐蝕、成本低且產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保、建筑、醫(yī)療、服裝、化工、礦業(yè)、汽車、航空航天工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，近年來(lái)在環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用也越來(lái)越多[3-8]，被認(rèn)為是21 世紀(jì)的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)[9]。 不同類型無(wú)紡布產(chǎn)品，不僅能過(guò)濾除去空氣中的各種微粒、粉塵及異味，提供優(yōu)質(zhì)空氣，還用于各種工業(yè)廢水處理、生活污水處理及富營(yíng)養(yǎng)水體的治理之中。

1 無(wú)紡布在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

工業(yè)廢水是造成環(huán)境污染，特別是水污染的重要原因之一。 2017 年我國(guó)工業(yè)用水總量1277 億立方米，印染、石化焦化、電鍍、工業(yè)循環(huán)水及垃圾填埋等是其中污染大戶及重污染行業(yè)，無(wú)紡布在這些行業(yè)的工業(yè)廢水處理過(guò)程中與傳統(tǒng)工藝相組合都有應(yīng)用。

1.1 印染廢水

印染加工及染料生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生大量有色廢水，是工業(yè)廢水排放大戶。 印染廢水具有水量大、有機(jī)污染物含量高、色度深、堿性大、水質(zhì)變化大等特點(diǎn)，屬難處理的工業(yè)廢水。 無(wú)紡布在此類廢水處理中主要通過(guò)過(guò)濾、吸附等作用對(duì)廢水作預(yù)處理，較常用的是聚丙烯無(wú)紡布。

朱超華等用聚丙烯無(wú)紡布處理牛仔布染色廢水，一方面通過(guò)無(wú)紡布在預(yù)處理工藝除去廢水中的纖維及大顆粒雜質(zhì)，另一方面從廢水中回收靛藍(lán)染料，從而減輕廢水后處理負(fù)擔(dān)[10]。 陳康等采用聚丙烯無(wú)紡布為載體制得CaAlg/PP 復(fù)合膜處理亮藍(lán)染液，反復(fù)脫鹽及用氯化鈣交聯(lián)后，仍能保持初始值90.6%的通量和98%的染料截留率[11]，從而提升了無(wú)紡布對(duì)印染廢水處理能力。 由于無(wú)紡布孔徑是影響印染廢水處理效果的一個(gè)重要因素，為此研究者對(duì)不同孔徑無(wú)紡布去除效果進(jìn)行了相關(guān)研究。 葉萌等研究表明，由無(wú)紡布構(gòu)建的動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器(DMBR)處理堿減量印染廢水，小孔徑無(wú)紡布膜基材比大孔徑膜基材更容易形成動(dòng)態(tài)膜，且形成的動(dòng)態(tài)膜性能較大孔徑好，對(duì)污染物的去除效果更好，對(duì)COD、UV254、色度和濁度的去除率分別為74% ～85%、74% ～79%、79% ～86%和96.8% ～98.6%[12]。 李素等構(gòu)建的無(wú)紡布套筒式吸附裝置處理pH 在3～7C.I.Acid Red 73 染料廢水表明，當(dāng)無(wú)紡布質(zhì)量在4g ～8g 之間，處理時(shí)間在90 min ～120 min，去除率可達(dá)90%以上，吸附容量達(dá)到了88.43mg/g[13]。 此外，楊波等還研發(fā)了一種專用于印染廢水處理的反應(yīng)器，該反應(yīng)器主體內(nèi)兩側(cè)設(shè)有無(wú)紡布膜組件，無(wú)紡布膜組件與曝氣系統(tǒng)、沉淀池及排泥系統(tǒng)共同構(gòu)成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果好的處理裝置[14]

1.2 石化、焦化廢水

石化、焦化廢水是一類含芳香族化合物與雜環(huán)化合物的典型廢水，有機(jī)污染物以酚類化合物為主，占有機(jī)污染物的一半以上。 另外，還有多環(huán)芳香族化合物和含氮、氧、硫的雜環(huán)化合物等。 無(wú)機(jī)污染物主要以氫化物、硫氫化物、硫化物、氨鹽等為主，屬有毒有害高濃度有機(jī)廢水，具有廢水水量大、污染物成分復(fù)雜、水質(zhì)水量波動(dòng)大，處理難度大的特點(diǎn)。

黃霞等針對(duì)焦化廢水高濃度難降解特點(diǎn)，采用聚丙烯無(wú)紡布與聚乙烯醇的復(fù)合載體固定包埋篩選的難降解有機(jī)物優(yōu)勢(shì)菌種，并對(duì)喹琳、異喹琳和吡啶進(jìn)行降解試驗(yàn)，經(jīng)8h 處理，3 種難降解有機(jī)物降解率均達(dá)90%以上[15]。 石順存等以滌綸廢絲作填料，采用生物接觸氧化法對(duì)石油化工有機(jī)廢水進(jìn)行處理，填料接種濃縮活性污泥接觸氧化塔內(nèi)通空氣悶曝32h 后，馴化第7 天絲束間掛滿了垂絲狀和蘑菇狀的菌膠團(tuán)，并棲生著許多有柄鐘蟲、蓋纖蟲、線蟲、無(wú)柄鐘蟲等微型生物，廢水以初始15L/h 通入COD1760mg/L 廢水，逐日加大流量至80L/h，并控制溶解氧大于0.5mg/L，掛膜完成時(shí)出水COD小于150mg/L，出水清亮[16]。 方銳采用經(jīng)殼聚糖改性的聚丙烯無(wú)紡布膜組件構(gòu)建的A/O-MBR 工藝對(duì)中石油遼陽(yáng)石化公司聚酯化纖廠綜合廢水進(jìn)行處理，并與經(jīng)PVDF 商品膜處理后的出水進(jìn)行比較，在試驗(yàn)內(nèi)，出水水質(zhì)穩(wěn)定，COD＜40 mg/L，NH4＋-N＜0.5 mg/L，TN ＜10 mg/L，濁度＜0.2 NTU[17]。此外，無(wú)紡布還被應(yīng)用于對(duì)水面浮油的處理之中[18]。

1.3 重金屬?gòu)U水

重金屬(如含鎘、鎳、汞、鋅等)廢水是對(duì)環(huán)境污染最嚴(yán)重和對(duì)人類危害最大的工業(yè)廢水，其水質(zhì)水量與生產(chǎn)工藝有關(guān)，廢水中的重金屬一般不能分解破壞，只能轉(zhuǎn)移其存在位置和轉(zhuǎn)變其物化形態(tài)降低其毒性。 無(wú)紡布處理廢水中重金屬，主要通過(guò)對(duì)無(wú)紡布進(jìn)行改性，通過(guò)離子交換及吸附作用實(shí)現(xiàn)。

AOKI 等針對(duì)廢水中銅、鈣、鉛等重金屬離子，通過(guò)在PP-PE 無(wú)紡布上接入磷酸基官能團(tuán)以去除[19]。 龐利娟等利用預(yù)輻射接枝對(duì)PE 無(wú)紡布進(jìn)行改性得到季銨鹽無(wú)紡布處理含鉻廢水，在較寬的pH 范圍內(nèi)，對(duì)Cr(VI)具有良好的去除效果，當(dāng)pH＝3 時(shí)，無(wú)紡布對(duì)Cr(VI) 去除率達(dá)到最大值99.2%[20]。 徐曉等制備了聚乙烯/聚丙烯(PE/PP)皮芯結(jié)構(gòu)無(wú)紡布磺酸型吸附材料，通過(guò)對(duì)Cs＋的吸附性能進(jìn)行研究，得到該磺酸型吸附材料在1 000 SV/h 的高流速下能快速去除Cs＋，最大吸附容量為1.35 mmol/g，pH＝4 ～10 時(shí)，吸附率穩(wěn)定在90%左右，該值隨pH 值的增加而降低的結(jié)論[21]。陳元維等采用聚丙烯纖維無(wú)紡布紫外光照，接枝丙烯酸合成用于處理重金屬離子材料，得到獲得高交換量無(wú)紡布螯合材料的關(guān)鍵因素，即采用平面小功率組合紫外光源與高純度氮?dú)猓⒃趦?yōu)化條件制得交換量為1mmol/g～7mmol/g(干基)的材料[22]。

1.4 其他工業(yè)廢水

無(wú)紡布除了在以上工業(yè)廢水處理中得到應(yīng)用外，還有在以下工業(yè)廢水及其他廢水處理中得到應(yīng)用。 任華等研究了無(wú)紡布與球形陶粒、碳酸鈣礦石作為濾料對(duì)工業(yè)循環(huán)水中氨氮、亞硝酸鹽、磷酸鹽的處理效果對(duì)比，經(jīng)過(guò)6 個(gè)月的運(yùn)行，水中氨氮、亞硝酸鹽、磷酸鹽的含量最低組為無(wú)紡布濾料組[23]。徐光景等采用無(wú)紡布和玻璃鋼支架制成無(wú)紡布生物轉(zhuǎn)盤處理污泥消化液[24]，在進(jìn)水NH4＋-N 和NO2--N 平均質(zhì)量濃度分別為591.7 mg/L 和391.2mg/L 的情況下，去除率分別達(dá)到34%和47%，結(jié)果表明該工藝處理高氨氮廢水具有可行性。 無(wú)紡?fù)凉げ歼€是垃圾填埋場(chǎng)導(dǎo)排系統(tǒng)中重要的一部分，和它下部的導(dǎo)排砂石共同起到滿足保土、透水和防淤堵的反濾作用[25]。 聚丙烯熔噴無(wú)紡布在過(guò)濾酸性和堿性液體、油漆時(shí)表現(xiàn)突出，被電池行業(yè)看做是良好的隔膜材料[26]。 連良清設(shè)計(jì)了一種采用離心方法的無(wú)紡布工業(yè)污水處理裝置，提高了污水處理效率。

2 無(wú)紡布在生活污水處理中的應(yīng)用

生活污水是居民日常生活中排出的廢水，主要來(lái)源于居住建筑和公共建筑，如住宅、機(jī)關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院、商店、公共場(chǎng)所及工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生間等。 生活污水所含的污染物主要是有機(jī)物(如蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、尿素、氨氮等) 和大量病原微生物(如寄生蟲卵和腸道傳染病毒等)。 存在于生活污水中的有機(jī)物極不穩(wěn)定，容易腐化而產(chǎn)生惡臭，因而生物處理在生活污水處理中起著重要的作用。通過(guò)人工手段提高水中微生物量，形成良好的微型食物鏈，利用生物新陳代謝降解水中污染物，從而凈化污水。 無(wú)紡布具有較好的保水性，適合作為生物填料，研究表明含水率8.7%的無(wú)紡布在空氣中放置24h 后為5.02%，依然具有較高的含水率[27]，因而在生活污水處理中得到廣泛應(yīng)用。

袁少雄等采用厚0.2cm，比重0.028g/cm2的無(wú)紡布構(gòu)建了容積為99.5L 的5 個(gè)無(wú)紡布填料組合單元，對(duì)經(jīng)沉淀后的學(xué)生宿舍生活污水進(jìn)行處理，研究表明處理系統(tǒng)15d 對(duì)總氮、硝 氮和總磷的凈化效果較對(duì)比系統(tǒng)凈化效果分別提高22.25%、62.88%和26.45%，對(duì)氨氮和可溶磷的凈化效果差異不顯箸[28]。

孟志國(guó)等人的研究表明，采用無(wú)紡布作為過(guò)濾材料應(yīng)用于MBR 中的出水水質(zhì)好，去除效果理想，并且表明無(wú)紡布過(guò)濾膜的出水水質(zhì)與普通的微濾膜的差距很小[4]。 Ren 等人采用無(wú)紡布作為過(guò)濾膜處理生活污水，結(jié)果表明在重力流的作用下進(jìn)行過(guò)濾的無(wú)紡布具有很好的分離效果，達(dá)到了操作費(fèi)用低的效果[6]。 稅永紅等以無(wú)紡布為填料，輔以植物浮床構(gòu)建無(wú)紡布植物浮反應(yīng)器處理生活污水，一年的試驗(yàn)研究表明，無(wú)紡布植物反應(yīng)器中無(wú)紡布在自然條件下經(jīng)過(guò)34 d 掛膜成功，處理器對(duì)生活污水pH 變化具有較強(qiáng)的緩沖能力，CODMn、NH3-N去除率最高分別達(dá)83%和78%。 對(duì)比試驗(yàn)表明，懸掛無(wú)紡布生物膜填料的反應(yīng)器(H 型)處理能力明顯優(yōu)于沒(méi)有懸掛的反應(yīng)器(N 型)，對(duì)CODMn和NH3-N 去除率H 型較N 型反應(yīng)器提高了18%和12%[29]。

日本學(xué)者M(jìn).R.Alavi Moghaddam 采用多元酯無(wú)紡布處理污水，出水SS 濃度為16mg/L，總有機(jī)碳去除率達(dá)87%[30]。 英國(guó)學(xué)者Green G 對(duì)比了聚丙烯無(wú)紡布與聚砜膜作為MBR 反應(yīng)器膜組件，研究表明兩種膜組件對(duì)有機(jī)物與濁度的去除率均達(dá)到92%以上[31]，但聚丙烯無(wú)紡布價(jià)格卻廉價(jià)得多。

薛念濤對(duì)不同孔徑無(wú)紡布進(jìn)行污水處理試驗(yàn)，研究表明無(wú)紡布孔徑大小對(duì)出水濁度無(wú)明顯影響[32]。 朱琳把無(wú)紡布作為膜替代品構(gòu)建FSBR 反應(yīng)器處理生活污水，與SBR 反應(yīng)器相比較， COD、氨氮、TN、TP 的平均去除率分別提高5.61%、2.11%、5.04%、4.53%，是無(wú)紡布截留水中懸浮雜質(zhì)，使出水效果好于SBR 反應(yīng)器，無(wú)紡布表層形成的濾餅層具有動(dòng)態(tài)膜功能，其中含有的生物相對(duì)水中污染物有一定的去除效果[33]。 唐云飛等采用無(wú)紡布負(fù)載平板作為水平流生物膜反應(yīng)器(HFBR)的載體污水處理中試，當(dāng)進(jìn)水COD 為150 mg/L、氨氮為22mg/L 時(shí)，去除率分別為85.0%和99.5%，與聚乙烯平板相比，無(wú)紡布負(fù)載平板生物量明顯高于聚乙烯平板[34]。

3 無(wú)紡布在富營(yíng)養(yǎng)水體凈化中的應(yīng)用

我國(guó)水環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)重，2017 年中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)顯示，全國(guó)地表水1940 個(gè)水質(zhì)斷面(點(diǎn)位)中，劣Ⅴ類161 個(gè)，占8.3%；1617 個(gè)流域水質(zhì)斷面中，劣Ⅴ類136 個(gè)，占8.4%；112 個(gè)重要湖泊(水庫(kù))中，劣Ⅴ類12 個(gè)，占10.7%。 其中氮、磷是主要污染物，是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。 無(wú)紡布在富營(yíng)養(yǎng)水體中的應(yīng)用，主要利用其作為生物載體，為植物、微生物生長(zhǎng)提供生存環(huán)境，通過(guò)生物的收獲以去除水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽，凈化水質(zhì)，通常表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的無(wú)紡布填料對(duì)大分子和懸浮性有機(jī)物凈化效果較好，且有利于自然復(fù)氧過(guò)程[35]。

丁偉林等采用糙紙和無(wú)紡布復(fù)合材質(zhì)作為種植黑麥草基質(zhì)和載體，黑麥草能有效地利用水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，作為自身生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，從而不僅解決了水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)帶來(lái)的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，也解決了自身營(yíng)養(yǎng)來(lái)源問(wèn)題，達(dá)到了生態(tài)循環(huán)利用的目的[36]。

李驊等研究了普通無(wú)紡布(普紡)和精制無(wú)紡布(精紡)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化河水總氮(TN)與總磷(TP)的處理效果，結(jié)果表明，兩種無(wú)紡布材料處理效果均顯著高于對(duì)照(污染自然降解)處理組，其中普通無(wú)紡布對(duì) TN、 TP 的去除率為41.39% 與39.27%，精制無(wú)紡布對(duì)TN、 TP 的去除率為52.98%與68.68%[37]。

張玲玲分析了3 種不同固定方式的無(wú)紡布人工浮島在應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)，以及無(wú)紡布作為浮床材料的可行性和無(wú)紡布人工浮島對(duì)水體的凈化能力。結(jié)果表明：3 種無(wú)紡布浮床結(jié)構(gòu)中，條狀無(wú)紡布框架結(jié)構(gòu)操作最簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)。 由于無(wú)紡布人工浮島成本低、易操作，如果今后能為廢棄無(wú)紡布的處置問(wèn)題找到出路，無(wú)紡布人工浮島在改善富營(yíng)養(yǎng)化水體水質(zhì)領(lǐng)域?qū)?huì)大面積推廣使用[38]。

王曉曉等利用小型人工濕地對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體總氮(TN)、總磷(TP)、化學(xué)需氧量(COD)的影響進(jìn)行了研究。 研究結(jié)果表明，相比對(duì)照來(lái)言，隨著處理時(shí)間的延續(xù)，兩種實(shí)驗(yàn)處理下富營(yíng)養(yǎng)化水體中的TN、TP、COD 濃度均顯著降低。 其中，精制無(wú)紡布材料對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的TN、TP、COD 去除率分別52.62%、63.28%與48.28%，而小型人工濕地對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的TN、TP、COD 去除率分別為65.34%、74.24%與58.01%，均顯著高于對(duì)照處理。 整體上，植物與無(wú)紡布材料組成的小型人工濕地是較好的凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體的組合，可用于富營(yíng)養(yǎng)水體治理[39]。

此外，稅永紅等還研發(fā)了利用無(wú)紡布制作的一種功能強(qiáng)化型生態(tài)浮床應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)水體的處理之中[40]。 林向陽(yáng)采用無(wú)紡布對(duì)生物慢濾池進(jìn)行改良，在濾料表面增加無(wú)紡布，應(yīng)用于農(nóng)村微污染水處理研究之中，結(jié)果表明，無(wú)紡布能夠有效截留懸浮顆粒，濁度的去除效果與無(wú)紡布的厚度成正比關(guān)系，對(duì)生物慢濾池的濾料具有保護(hù)作用，并且能夠增強(qiáng)濾池去污能力[41]。 張國(guó)炎以聚丙烯纖維混和天然纖維黃麻、廢棉，開發(fā)應(yīng)用于水土的公路護(hù)坡生態(tài)毯，得到棉、PP 和黃麻纖維分別單獨(dú)成網(wǎng)，形成以棉為基層、PP 纖維中間層、黃麻疊加之上三層結(jié)構(gòu)針刺無(wú)紡布，最利于護(hù)坡植被恢復(fù)[42]。

段文松等以聚丙烯無(wú)紡布鋪設(shè)于U 形斷面溝渠構(gòu)建生態(tài)渠組合人工濕地處理污水，大大降低了人工濕地進(jìn)水SS 含量[43]。 以無(wú)紡布作進(jìn)水預(yù)處理，采用GAC 和ACF 以充填比9 ∶1的凈水工藝，對(duì)微污染飲用水有很好的凈化效果[44]。

4 結(jié)語(yǔ)

成本低產(chǎn)量高的無(wú)紡布作為水處理材料在工業(yè)廢水、生活污水及富營(yíng)養(yǎng)水體中已得到一定的應(yīng)用，但仍處于起步階段。 我國(guó)作為全球非織造產(chǎn)品最具驅(qū)動(dòng)力的市場(chǎng)，占有世界46%的市場(chǎng)份額[45]。因此，隨著水資源問(wèn)題越來(lái)越突出，以及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，無(wú)紡布在水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 無(wú)紡布在水處理中的應(yīng)用發(fā)展方向主要在以下兩方面：一方面，無(wú)紡布作為水處理介質(zhì)，宜采用具有較大比表面積及截面有較深紋理和溝槽的纖維為原料，使其具有更大的粒子捕集性能增強(qiáng)對(duì)廢水的處理效果[46]，因而需要根據(jù)廢水污染物性質(zhì)對(duì)無(wú)紡布進(jìn)行靶向改性，進(jìn)一步提升無(wú)紡布在水處理應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)與處理效果；另一方面，與傳統(tǒng)污水處理技術(shù)相比較，集成了無(wú)紡布的聯(lián)合工藝，其優(yōu)勢(shì)明顯，因而需根據(jù)廢水處理要求，研發(fā)相應(yīng)的組合工藝，以降低成本提高處理效果。