印染行業(yè)被認(rèn)為是環(huán)境中主要污染源之一。隨著國(guó)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(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)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(jiàn)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(jiàn)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(wèn)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(wèn)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(guò)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(wèn)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(méi)式超濾裝置”，二級(jí)處理與回用處理工藝見(jiàn)圖1，圓圈部分為與一期工程不同之處。原一期工藝見(jiàn)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(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)，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(guò)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(méi)式超濾裝置
二期超濾由原先的管式超濾改為浸沒(méi)式超濾，浸沒(méi)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(méi)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(guò)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(guò)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(guò)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(jiàn)圖2。
該套膜系統(tǒng)有5個(gè)箱體(4用1備)，浸沒(méi)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(guò)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(méi)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(guò)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(guò)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(shuō)明二期工藝在實(shí)際運(yùn)行過(guò)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(zhǎng)回用設(shè)備壽命，降低回用水處理過(guò)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(jiàn)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(guò)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(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)比例要求。本研究采用CODCr反映碳源(見(jiàn)圖3)，采用氨氮反映氮源(見(jiàn)圖4)，采用總磷反映磷源(見(jiàn)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(guò)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(lái)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(méi)式超濾出水進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)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(guò)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(jiàn)表3。
根據(jù)一期、二期所產(chǎn)中水分開(kāi)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(yǔ)
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(méi)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://millmans.net/" 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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