印染行業(yè)被認(rèn)為是環(huán)境中主要污染源之一。隨著國家對(duì)節(jié)能減排的重視和排放標(biāo)準(zhǔn)的提高,印染企業(yè)對(duì)清潔生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)越發(fā)重視,印染廢水的處理和回用對(duì)減少污染物排放、改善水環(huán)境質(zhì)量意義重大。印染廢水具有水質(zhì)復(fù)雜、污染物濃度高等特點(diǎn),一般采用“生化+物化”的綜合治理技術(shù)路線。從長遠(yuǎn)發(fā)展來看,廢水回收技術(shù)可提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力,也是以后發(fā)展趨勢(shì)。
一、工程概況
常州某針織印染企業(yè)主要生產(chǎn)高檔針織面料,原有一套(一期)處理能力為4000m3/d的廢水處理工藝,其中回用系統(tǒng)處理能力為1100m3/d。為響應(yīng)政府號(hào)召,減少污染物排放,根據(jù)企業(yè)發(fā)展需要,新增一套(二期)印染廢水處理系統(tǒng),廢水處理能力為2000m3/d,其中回用系統(tǒng)處理能力為1100m3/d。二期完工后,總廢水處理能力達(dá)到6000m3/d,其中2200m3/d達(dá)到車間生產(chǎn)回用水標(biāo)準(zhǔn)。企業(yè)目前實(shí)際廢水量約5500m3/d,車間出水水質(zhì)見表1,外排接管指標(biāo)CODCr≤500mg/L。
深度處理進(jìn)水水質(zhì)要求為pH值為6~10,色度為80倍,CODCr為100mg/L,設(shè)計(jì)回用水水質(zhì)指標(biāo)參考《紡織染整工業(yè)廢水治理工程技術(shù)規(guī)范(HJ471—2009)》染色回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),見表2。
二、工藝流程及主要構(gòu)筑物
2.1 一期工藝流程運(yùn)行情況分析
2.1.1 一期工藝二級(jí)處理流程運(yùn)行情況
一般認(rèn)為,BOD5/CODCr值小于0.3的廢水為難生物降解廢水,大于0.3的廢水為可生物降解廢水,比值越大,廢水可生化性越好。該企業(yè)廢水的BOD5/CODCr值為0.3,介于分界點(diǎn),可生化性不高。原有一期工程中,二級(jí)處理工藝流程為“調(diào)節(jié)池+初沉池+水解酸化池+生物接觸氧化池+二沉池”,二沉池出水至回用處理工藝。對(duì)于“水解酸化池+生物接觸氧化池”組合,水解酸化提高了印染廢水可生化性,生物接觸氧化法兼有活性污泥法與生物膜法的優(yōu)點(diǎn)。
一期工藝自2013年建成后,運(yùn)行良好,但也出現(xiàn)其他研究者運(yùn)行該工藝時(shí)發(fā)現(xiàn)的一些共性問題。如李金梅發(fā)現(xiàn),生物接觸氧化法在處理不當(dāng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象;程可紅等發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)溶解氧質(zhì)量濃度至1.0~1.5mg/L時(shí),會(huì)出現(xiàn)絲狀菌膨脹。該企業(yè)廢水工藝運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn),隨著有機(jī)負(fù)荷的升高,針狀填料上生物膜增厚,氧傳遞效率下降,影響出水水質(zhì),并發(fā)現(xiàn)了絲狀菌膨脹問題。
2.1.2 一期工藝回用處理流程運(yùn)行情況
一期工程中,回用處理工藝流程為“氣浮池+氣浮出水池+砂濾、炭濾、精濾+管式超濾+超濾出水池+反滲透裝置+回用水池”,對(duì)于“砂濾、炭濾、精濾+管式超濾”組合,砂濾常用于二級(jí)處理后的深度處理,截留水中大分子固體顆粒和膠體;炭濾用于除臭、脫色、脫氯,進(jìn)一步去除有機(jī)物等,提高超濾進(jìn)水水質(zhì);超濾膜利用壓力去除水中大分子物質(zhì)。
回用處理工藝在運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn),砂濾、炭濾出水進(jìn)入管式超濾后,超濾系統(tǒng)在經(jīng)過反復(fù)自動(dòng)清洗時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn),水中微小懸浮物易造成超濾堵塞難以清除,使出水率變低,水損耗增大。
2.2 二期工藝流程
針對(duì)一期工程運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題,二期工程對(duì)工藝作了針對(duì)性調(diào)整,把“水解酸化池+生物接觸氧化池”組合調(diào)整為“完全混合式活性污泥池”,“砂濾、炭濾、精濾+管式超濾”組合調(diào)整為“浸沒式超濾裝置”,二級(jí)處理與回用處理工藝見圖1,圓圈部分為與一期工程不同之處。原一期工藝見論文《紡織印染廢水處理中的異味氣體控制工程實(shí)例》。
2.3 二期工藝構(gòu)筑物(變動(dòng)部分)
2.3.1 活性污泥池
一期工程采用“水解酸化池+生物接觸氧化池”組合去除有機(jī)物,二期工程改為活性污泥池,利用大量能適應(yīng)較高濃度污染物的微生物種群,在好氧條件下分解水中的有機(jī)物,微生物利用有機(jī)物完成自身生長的同時(shí),去除部分磷和氮??紤]到企業(yè)廢水BOD5/CODCr值為0.3,可生化性不高,采取延時(shí)曝氣活性污泥法,曝氣時(shí)間為24h,廢水混合過程為完全混合式,負(fù)荷率常小于0.1kgBOD/(kg污泥•d)。池中大量混合污泥能快速吸附廢水中有機(jī)物,延時(shí)方式使污泥中微生物有足夠時(shí)間逐步分解被吸附的有機(jī)物。該方法代謝時(shí)間更長,產(chǎn)生的剩余污泥量更少,減少頻繁的排泥操作,運(yùn)行、管理更簡(jiǎn)便。
活性污泥池采用鋼砼結(jié)構(gòu),單個(gè)池子尺寸過大會(huì)增加池壁壓力,考慮到安全性和空間安排等因素,池子分設(shè)2座,單座池子外形尺寸為φ13.5m×7.5m,總有效容積為2000m3,總停留時(shí)間設(shè)計(jì)為24h。
2.3.2浸沒式超濾裝置
二期超濾由原先的管式超濾改為浸沒式超濾,浸沒式超濾系統(tǒng)的能耗低于其他超濾系統(tǒng),更易與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合。浸沒式超濾系統(tǒng)的超濾膜可浸入所需處理水中,占地面積省,是膜法水處理的熱點(diǎn)。二期超濾采用廂式自清洗超濾裝置形式,所用超濾膜為增強(qiáng)型偏氟乙烯(PVDF)中空纖維,系統(tǒng)通過抽吸泵(產(chǎn)水泵)在中空纖維膜內(nèi)形成負(fù)壓,待處理水因負(fù)壓形成動(dòng)力,凈水通過超濾膜微孔進(jìn)入中空纖維內(nèi)部通道,匯集至產(chǎn)水管,通過抽吸泵進(jìn)入出水池,超濾產(chǎn)生的外排水回至調(diào)節(jié)池。超濾系統(tǒng)流程見圖2。
該套膜系統(tǒng)有5個(gè)箱體(4用1備),浸沒式PVDF中空纖維超濾膜的簾式膜組件垂直裝于膜池內(nèi),膜元件型號(hào)為SSF-30A,每個(gè)膜元件尺寸為824mm×46mm×2200mm,膜平均孔徑為0.04μm,膜絲內(nèi)/外徑為0.9mm/2.1mm,膜元件總數(shù)量為220簾,設(shè)計(jì)膜總面積/有效總面積為6600m2/5280m2。集水管材質(zhì)為ABS,采取負(fù)壓抽吸式運(yùn)行,設(shè)計(jì)產(chǎn)水運(yùn)行通量和平均運(yùn)行通量分別為19.72L/(m2•h)和15.78L(/m2•h),反洗水量92.4m3/h,工作溫度為20℃。
三、一期、二期工藝運(yùn)行效果比對(duì)
二期工藝調(diào)試后,實(shí)際運(yùn)行情況良好。車間廢水排放后,流入調(diào)節(jié)池,通過提升泵將廢水分別提升至一期和二期處理工藝。因此,運(yùn)行效果具有一定可比性。在同水質(zhì)情況下,對(duì)一期、二期工藝運(yùn)行情況進(jìn)行比對(duì),以此判斷二期工藝的運(yùn)行效果。比對(duì)對(duì)象為兩期二級(jí)處理進(jìn)出水(同時(shí)比對(duì)生化池進(jìn)出水)和浸沒式超濾-反滲透裝置進(jìn)出水。
3.1 二級(jí)處理工藝對(duì)廢水色度的去除效果
印染過程所用染料和助劑不同,前處理和染色工藝不同,都會(huì)影響廢水中污染物種類和濃度。印染廢水所含的染料、助劑會(huì)提高廢水色度和有機(jī)物濃度。根據(jù)回用水水質(zhì)指標(biāo)可知,印染用水對(duì)回用水水質(zhì)要求較高[16],深度處理關(guān)鍵點(diǎn)為降低出水中有機(jī)物濃度和色度。
在運(yùn)行檢測(cè)階段,廢水顏色以棕色、灰色、黃色、藍(lán)色、黑色為主,采用稀釋倍數(shù)法測(cè)定廢水色度,色度值介于160~1280倍,平均值為433倍,顏色種類多、波動(dòng)大、顏色深。一、二期工藝在各自初沉池出水后色度去除率分別為55%和60%,顏色深淺接近;經(jīng)過各自生化處理后,二沉池出水色度去除率分別為82%和91.5%,廢水顏色深度差距增加,說明二期工藝在實(shí)際運(yùn)行過程中,色度去除率更高。每組數(shù)據(jù)測(cè)定時(shí),均由同一人測(cè)定,以減少檢測(cè)人員之間的差異造成的顏色判定誤差。
3.2 二級(jí)處理工藝對(duì)廢水CODCr去除效果
在印染廢水回用工程中,二級(jí)處理出水質(zhì)量的提高,可有效降低后續(xù)深度處理設(shè)備負(fù)荷,延長回用設(shè)備壽命,降低回用水處理過程成本。兩期二級(jí)處理工藝(含生化段)對(duì)廢水中CODCr去除效果見圖3。
處理工藝廢水 >
從實(shí)際運(yùn)行效果看,“完全混合式活性污泥法”優(yōu)于“水解酸化+接觸氧化法”。一般認(rèn)為,對(duì)于印染行業(yè)等產(chǎn)生的生化性差的廢水,厭氧-好氧工藝比單純好氧方法更適合。王昂做過生化性差廢水處理的對(duì)比試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)此類研究結(jié)果相反的原因主要是,廢水中纖維、雜質(zhì)等隨廢水進(jìn)入接觸氧化系統(tǒng)后,易附著于填料上,擠壓微生物生長空間,使系統(tǒng)處理效果達(dá)不到設(shè)計(jì)值。
3.3 二級(jí)處理工藝對(duì)廢水中氨氮的去除效果
微生物在代謝有機(jī)物時(shí),除需要碳源外(以BOD5計(jì)),還需要氮源、磷源,BOD5∶N∶P比值為100∶5∶1,以滿足微生物所需營養(yǎng)比例要求。本研究采用CODCr反映碳源(見圖3),采用氨氮反映氮源(見圖4),采用總磷反映磷源(見圖5)。
調(diào)節(jié)池廢水氨氮質(zhì)量濃度介于8~9.5mg/L,平均值為8.7mg/L。由圖4(a)可知,一、二期二級(jí)處理工藝氨氮平均去除率分別為72%和77%,標(biāo)準(zhǔn)偏差σ分別為4.27和4.82;由圖4(b)可知,一、二期生化池對(duì)廢水氨氮平均去除率分別為69%和73%,標(biāo)準(zhǔn)偏差σ分別為5.22和5.99。因此,二期二級(jí)處理工藝氨氮平均去除率略高,但運(yùn)行穩(wěn)定性較一期略低。
3.4 二級(jí)處理工藝對(duì)廢水總磷的去除效果
調(diào)節(jié)池廢水總磷質(zhì)量濃度介于1.5~4.0mg/L,平均值為2.17mg/L。由圖4(a)可知,一、二期二級(jí)處理工藝總磷平均去除率分別為64%和64%,標(biāo)準(zhǔn)偏差σ分別為22.99和18.96;由圖4(b)可知,一、二期生化池對(duì)廢水總磷平均去除率分別為61%和46%,標(biāo)準(zhǔn)偏差σ分別為20.31和18.81。因此,一、二期二級(jí)處理工藝總磷去除率均不高,活性污泥法總磷去除率較低,運(yùn)行穩(wěn)定性均較差。主要原因?yàn)樗馑峄窝鯘舛容^低,有利于聚磷菌對(duì)磷的釋放,接觸氧化段氧濃度較高,有利于聚磷菌對(duì)磷的過量吸收。
回用處理系統(tǒng)根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)需要和二級(jí)處理出水水質(zhì)情況來確定是否運(yùn)行,最后回用水都進(jìn)入回用產(chǎn)水池備用,為確定兩期超濾裝置運(yùn)行狀況,有針對(duì)性的對(duì)一期超濾組合和二期浸沒式超濾出水進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定結(jié)果見圖6。
從出水CODCr、氨氮、總磷測(cè)量值看,出水相對(duì)穩(wěn)定,進(jìn)入超濾產(chǎn)水池的出水可以滿足一般回用水要求。若回用于對(duì)水質(zhì)要求較高的生產(chǎn),需要進(jìn)一步通過反滲透裝置處理。
在二期工程運(yùn)行后,兩期的回用出水都能達(dá)到回用水要求,因此,兩期深度處理出水混合進(jìn)入回用產(chǎn)水池。作為對(duì)水質(zhì)要求較高的生產(chǎn)用水,產(chǎn)水池水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)為:pH值6.4~7.5,色度為0,ρ(CODCr)為4.3mg/L,ρ(氨氮)為0.08mg/L,ρ(總磷)為0.03mg/L,ρ(余氯)為0.03mg/L,電導(dǎo)率為17.2μS/cm。
四、經(jīng)濟(jì)效益
在二期工藝運(yùn)行后,實(shí)際運(yùn)行管理人員未增加,由現(xiàn)有操作人員兼任,因此,成本分析主要包括電費(fèi)和藥劑費(fèi)用。因二期設(shè)備為新設(shè)備,需用大量藥劑進(jìn)行清洗,因此,初期成本核算時(shí),二期成本較高,若僅考慮正常運(yùn)行所含電費(fèi)和藥劑費(fèi),一、二期成本接近。二期每噸水所用藥劑費(fèi)用見表3。
根據(jù)一期、二期所產(chǎn)中水分開核算后,工業(yè)用電電費(fèi)按0.7元(/kW•h)計(jì),一期處理成本為(含藥劑費(fèi)和電費(fèi))2.18元/t水,二期處理成本為4.14元/t水[含藥劑費(fèi)(表3)、電費(fèi)、新設(shè)備清洗藥劑費(fèi)用],按總產(chǎn)水量核算,平均為2.85元/t水。企業(yè)新鮮用水費(fèi)用為1.8元/t,預(yù)處理費(fèi)0.5元/t,污水接園區(qū)污水處理廠費(fèi)用為4.6元/t,總用水成本為6.9元/t,中水回用可節(jié)省生產(chǎn)運(yùn)行成本。
五、結(jié)語
工程實(shí)踐表明,該企業(yè)二期工程用“完全混合式活性污泥池”代替“水解酸化池+接觸氧化池”,二級(jí)處理出水CODCr、氨氮、總磷等指標(biāo)達(dá)到一期出水水平;用“浸沒式超濾裝置”代替“砂濾、炭濾、精濾+管式超濾”,中水處理工藝也達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)?;赜?a href="http://jintianmj.com/" target="_blank" class="keylink">水處理成本與新鮮用水總成本相比,中水回用有利于企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行成本的降低,節(jié)省水資源和提高水重復(fù)利用率。( >
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