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印染汙水處理設備應用技術研究
瀏覽次數:3154發布日期:2011-03-09

印染汙水處理設備

印染汙水的水質隨采用的纖維種類和加工工藝的不同而異,汙染物組分差異很大。印染汙水一般具有汙染物濃度高、種類多、含有毒有害成分及色度高等特點。一般印染汙水pH值為6~10CODCr400~1000mg/LBOD5100~400mg/LSS100~200mg/L,色度為100~400倍。

但當印染工藝、采用的纖維種類和加工工藝變化後,汙水水質將有較大變化。近年來由於化學纖維織物的發展,仿真絲的興起和印染後整理技術的進步,使PVA漿料、人造絲堿解物主要是鄰苯二甲酸類物質、新型助劑等難生化降解有機物大量進入印染汙水,其CODCr濃度也由原來的數百mg/L上升到2000~3000mg/L以上,BOD5增大到800mg/L以上,pH值達11.5~12,從而使原有的生物處理係統CODCr去除率從70%下降到50%左右,甚至更低。

印染各工序的排水情況一般是:

(1)退漿汙水:水量較小,但汙染物濃度高,其中含有各種漿料、漿料分解物、纖維屑、澱粉堿和各種助劑。汙水呈堿性,pH值為12左右。上漿以澱粉為主的如棉布退漿汙水,其CODBOD值都很高,可生化性較好:上漿以聚乙烯醇(PVA)為主的如滌棉經紗退漿汙水,COD高而BOD低,汙水可生化性較差。

(2)煮煉汙水:水量大,汙染物濃度高,其中含有纖維素、果酸、蠟質、油脂、堿、表麵活性劑、含氮化合物等,汙水呈強堿性,水溫高,呈褐色。

(3)漂白汙水:水量大,但汙染較輕,其中含有殘餘的漂白劑、少量醋酸、草酸、硫代硫酸鈉等。

(4)絲光汙水:含堿量高,NaOH含量在3%~5%,多數印染廠通過蒸發濃縮回收NaOH,所以絲光汙水一般很少排出,經過工藝多次重複使用zui終排出的汙水仍呈強堿性,BODCODSS均較高。

(5)染色汙水:水量較大,水質隨所用染料的不同而不同,其中含漿料、染料、助劑、表麵活性劑等,一般呈強堿性,色度很高,CODBOD高得多,可生化性較差。

(6)印花汙水:水量較大,除印花過程的汙水外,還包括印花後的皂洗、水洗汙水,汙染物濃度較高,其中含有漿料、染料、助劑等,BODCOD均較高。

(7)整理汙水:水量較小,其中含有纖維屑、樹脂、油劑、漿料等。

(8)堿減量汙水:是滌綸仿真絲堿減量工序產生的,主要含滌綸水解物對苯二甲酸、乙二醇等,其中對苯二甲酸含量高達75%。堿減量汙水不僅pH值高一般>12),而且有機物濃度高,堿減量工序排放的汙水中CODCr可高達9mg/L,高分子有機物及部分染料很難被生物降解,此種汙水屬高濃度難降解有機汙水。

一、 印染汙水處理工程工藝

組合工藝

處理費用
(元·m-3

處理水量
(m3·d-1

工程總投資
(萬元)

占地麵積
(m2

工程單位造價
(元·m-2

單位總處理費用
(元·m-2

水解酸化-UASB-SBR

0.6-0.8

2000

240

1500-2500

1200

1.9

水解酸化-生物接觸氧化

0.45

4800

 

 

 

 

活性汙泥-接觸氧化

0.79

700-1000

 

 

 

 

椎流式曝氣增氧活性汙泥

0.95

1200

 

 

1100

2.05

渦凹氣浮(CAF)-A/O工藝

1.93

500

 

715

1517.6

3.43

缺氧-好氧-壓濾-
富氧生物炭處理

0.7

2200

 

 

 

 

改良厭氧-生物接觸氧化

1.85

400

 

 

 

 

水膜除塵-水解酸化-接觸氧化

1.35

1000

 

 

 

 

混凝-生物膜曝氣-氧化塘

 

4000

 

 

 

 

微電解-爐渣吸

0.41

148

30

 

2143

2.51

新型內電解鐵屑過濾塔-生物接觸氧化池

0.45

150

200

749

556

1

混凝-水解酸化-接觸氧化

0.8

3840

 

 

 

 

接觸氧化—電解

1.45

400

 

 

 

 

二級生物接觸氧化-砂濾-活性生物炭

 

4000-5000

 

 

 

 

水解-混凝-複合生物池

1.10

4000

460

2500

1150

2.2

水解-接觸氧化-氣浮

1.56

4000

380

2400

950

2.51

水解-接觸氧化-活性炭

2.25

1200

180

1000

1500

3.75

由上表可知:在處理水量相似的情況下,新型內電解鐵屑過濾塔—生物接觸氧化池工藝和水解酸化—UASB—SBR工藝的處理費用較低,說明傳統工藝如水解酸化、接觸氧化等具有處理效果好,處理費用低的優點。而相對於其它工藝主要由於在處理工藝中加入了一些如渦凹氣浮、電解、活性炭等措施,使得處理費用增加,但是處理後水質有較大的改善,有利於環境的保護。

二、 印染汙水處理工程

(一) 水解酸化—UASBSBR 組合法處理印染汙水

1 工藝流程

印染汙水的五大特征,也是印染汙水治理的五大難題。在選擇治理方法〔工藝路線〕時,必須妥善解決好這五大難題。對於高濃度印染汙水,則必須選擇可靠的組合工藝,使其濃度降下來,達到排放標準。顯然,單純采用物化法很難滿足要求,一是因為運行費用高,二是因為汙泥產量大,處理困難,存在二次汙染隱患。對於高色度印染汙水,則必須找到好的脫色方法,並要求脫色入法簡單,運行費低,用投藥混凝、O3氧化、活性炭吸附、電解等方法雖然有好的脫色效果,但廠家因長期運行費用太高而無法承受(高達1~2元/m3),因而必須尋找新的方法。

對高pH印染汙水,則必須用簡單、經濟、實用的方法,在汙水進入處理係統之前將pH調整到6~9範圍內。對難生物降解的印染汙水,則必須采取有效措施,增加可生化性。對多變化的印染汙水,則必須采用加大調節池容量(這是以往特別容易忽視的問題)的辦法,保證水量、水質、色度達到相對均勻的要求,為後續工藝創造良好的進水條件,為此,我們提出了如圖1所示的印染汙水處理工藝流程。

2 工藝特點及運行經驗

上述工藝方法我們已在綿陽和成都2家印染廠汙水處理工程中實施。總結2項工程運行的經驗,該方法具有以下待點:

(1)以廢治廢。用高濃度、高堿度(pH)的煮煉和絲光汙水取代清水加堿的脫硫除塵用水,可起一舉多得的作用。一方麵這2股汙水呈堿性,煙氣呈酸性,可起酸堿中和並達脫硫目的;另一方麵可以節約水資源和堿投加量。麻石除塵器本身需耗大量自來水,若脫硫則必須投加堿液。在成都、綿陽2家印染廠的運行結果表明,每天可為工廠節約清水1000M3左右,且進脫硫除塵器的汙水pH為12~14,經脫硫除愛後pH降為8~10。這不僅解決了印染汙水pH高的問題,而且使煙氣林格曼黑度、總懸浮顆粒物(TSP)、S02皆達一級排放標準,脫硫率達70%~85%,同時使處理裝置進水COD從6000—8000mg/L降為4000—6000mg/L。

(2)調節、酸化池功效明顯。為解決好印染汙水“多變化”的難題,調節池容量必須足夠大。根據我們的工程實踐,調節池調節量須達日處理水量的60%~80%,有條件達100%zui好。本工藝采用調節池、酸化池共建,可節約占地和投資。特別是酸化池采用厭氧折流方式,經培養酸化菌,有效地克服了印染汙水可生化性差的問題。經酸化處理後汙水的可生化性明顯提高,BOD5/COD從0.15~0.3提升到0.3~0.45。

(3)UASB脫色率及COD去除效率高。經酸化處理後的汙水,由於可生化性提高,使UASB的進水水質及水量穩定,出水COD去除率達65%~80%從4000~5000mg/L降為600~l000mg/L,且產CH4氣明顯;特別是由於厭氧脫色菌的培養,脫色效率高達60%~80%,色度從600~800倍降至80~150倍,為保證出水達標排放起到關鍵作用。有印染汙水需要處理的單位,也可以到汙水寶項目服務平台谘詢具備類似汙水處理經驗的企業。

(4)曝氣方法先進。本方法並沒采用常用的鼓風曝氣方式,而是采用自吸射流曝氣裝置,其充氧效率達1.8~2.5kg/(kw·h),且消除了鼓風機的噪聲汙染,大大減少了曝氣頭的維修工作,使用壽命長。同時,因采用了先進的SBR運行工藝,COD去除率達80%以上,色度去除率達50%,進一步保證了汙水的達標排放。

(5)汙泥回流處理方式獨特。由SBR排出的剩餘好氧活性汙泥不是直接排放,而是返回調節酸化池,再進入UASB,經厭氧消化處理後從UASB排放。這種汙泥回流處理方式可使整個係統的剩餘汙泥減量1/3~2/3,且經厭氧消化後汙泥基本實現穩定,易脫水,不發臭,可直接作肥料使用。

(6)汙泥膨脹控製方法有效。該係統在調試過程中出現的zui大問題是曝氣池汙泥膨脹,zui惡劣時SVI(汙泥膨脹指數)達600~800,造成汙泥沉降性能極差,隨出水大量流失。鏡檢分析表明,汙泥膨脹為絲狀菌膨脹。其原因是曝氣池進水濃度過高,池中DO(溶解氧)濃度低,N、P缺乏。適量投加尿素和磷肥,將pH調至8.0~8.5之間(這一點非常重要,一般UASB出水pH在6~7),可使絲狀菌受到明顯抑製。

  表1進水、出水水質

(二) 厭氧水解工藝處理印染汙水處理

印染汙水由於存在著大量難生物降解的有機物質,生化性差,為改善汙水的可生化性,往往需在曝氣生物處理前設置厭氧水解池。通過厭氧水解處理可提高汙水生化性能,減少後續處理構築物曝氣池的停留時間,從而降低工程投資。

針對印染汙水的特點所設計的一種帶汙泥外回流的厭氧水解反應池係統,由厭氧反應池及後續沉澱池組成,厭氧反應池內設置若幹攪拌器,以使汙水和汙泥充分接觸,經過厭氧處理後的汙水自流進入後續沉澱池內進行泥水分離,沉澱汙泥通過回流汙泥泵提升後回流至厭氧反應池,以保證厭氧池的汙泥濃度,該係統由於反應池為完全混合流,不存在配水均勻性的問題。在部分汙水處理廠擴建工程中采用了該類型的厭氧水解反應池。

擴建工程處理的汙水主要以難以生物降解的印染和化工汙水為主,設計規模為240,000m3/天,設計進出水水質如表1所示。出水標準執行GB8978-1996《汙水綜合排放標準》中工業類一級標準。

由於汙水中含有大量的難降解有機汙染物,因此,采用了厭氧水解+A/A/O反應池處理工藝。厭氧水解池的設計停留時間為9.6h,汙水混合采用浮筒式潛水攪拌器。攪拌器配置功率3.5W/m3汙水,設計汙泥回流比為50%,目前已有汙水處理廠投入運行,實際進水CODCr大於設計進水水質,約在600~800mg/L。汙水經厭氧水解池處理後CODCr去除率穩定在27%左右,pH值由7.2~7.8下降至7.0~8.0左右,整個處理工藝處理效果比較穩定,完全達到設計要求。

帶汙泥外回流的厭氧水解反應池為了維持厭氧池內的汙泥濃度,需增建後續沉澱池和汙泥回流係統,從而增加了工程投資和運行費用。此外,由於采用汙泥外回流係統,厭氧池內的汙泥濃度依靠外回流汙泥的濃度和汙泥回流量來維持。

上流式厭氧汙泥床反應器和厭氧濾池反應器因配水問題影響其在大型汙水處理廠中的應用,而帶汙泥外回流的厭氧水解反應池,雖不存在配水均勻性的問題,但由於采用汙泥外回流的形式維持池內汙泥濃度,厭氧池內濃度較低,從而影響到整個處理係統的效率,因此,若能把兩者的優點加以結合,一方麵可解決池內汙泥濃度低的問題,另一方麵則無需考慮配水均勻性的問題,那麽,整個係統的處理效率可大大提高。

根據上述理念所提出的帶內置斜板沉澱池回轉式厭氧水解池處理工藝,其係統厭氧池池型類似於卡魯塞爾氧化溝,所不同的是用水下推進器取代表麵曝氣器,在反應池的直線段設置斜板沉澱池,經過沉澱後的上清液流入後續處理構築物,汙泥順協板向下滑入池內,並在水下推進器的作用下與汙水充分混合、接觸。由於采用回轉式池型,進入池內的原生汙水很快與池內汙水進行混合、稀釋,因而特別適用於濃度變化大的高濃度工業汙水處理。為維持厭氧池內汙泥的活性,需適當排除池內的剩餘汙泥,剩餘汙泥可通過排放混合液來實現。該池型厭氧水解池已在設計規模為200,000m3/天的某大型印染汙水處理廠得到應用。厭氧水解池一般采用負荷法進行設計,反應池的體積可按下式計算得出:

V=QS0/q

式中﹕Q—非隨流量;

S0—進水有機物濃度;

反應器的容積負荷一般應通過試驗確定,當無試驗數據時,也可參照已建類似汙水處理廠的運行經驗和相關數據進行設計。

三、 印染汙水處理設備

印染汙水處理成套設備

四、印染汙水處理工程設計要點

(一) 根據生產工藝、汙水種類和性質確定治理方案

熟悉生產工藝是進行工程設計的前提和基礎。因染色工業門類較多、染料及助劑種類多樣,其治理的工藝設計不盡相同。一般而言,印染汙水治理工程設計時,對生產工藝和汙水來源應了解:生產工藝流程、印染織物的種類、染料及助劑的種類、生產工序中各排水節點的排水水質和水量。

1 印染汙水種類

印染汙水實際是一大類汙水,印染種類多,情況複雜,就染料品種就有活性染料、直接染料、還原染料(士林染料)、硫化染料、冰染染料(納夫妥染料)、分散染料、陽離子染料、酸性染料等;就染色產品又可分為棉、化纖、毛、麻、絲綢、針織等。各類汙水性質有一定差別(見表1)。

2 印染汙水處理技術路線

印染汙水處理工藝歸納起來有三大類,即物理法、化學法、生物法,每類又分若幹技術單元。混凝沉澱和氣浮對硫化、分散、還原、冰染等疏水性染料汙水一次性處理效果較好,COD去除率達50%-70%,色度去除70%-80%,而酸性、陽離子等可溶性染料,可在汙水中加入高度分散的無機吸附劑(如澎潤土等)進行吸附氣浮。厭氧生物處理對直接染料、活性染料、酸性染料、陽離子染料等可溶性染料大多數在不同程度上是可降解的,同時,厭氧試驗水力停留時間3d和8h結果差別不大,表明厭氧過程是在起始階段(水解階段)進行。

BOD5/CODcr≥0。3的可生化印染汙水經好氧生物處理,均能達標排放。為解決印染汙水的脫色問題,根據美國EPA對不同處理方法的脫色試驗(見表2)表明:染色汙水可采用物化-生化組合工藝進行脫色。為確保脫色效果,在必要時可後加化學氧化法進行脫色。

(二) 選擇相應設計參數

許多印染汙水治理工程達不到預期要求的主要原因在於沒有掌握可靠的水質、水量資料,隻憑經驗估算,設施的容量或停留時間不夠等原因。要掌握可靠的資料,應了解:汙水排放規律,即汙水、水量及水質動態;掌握汙水排放的水量;掌握汙水的水質。必要時應現場取樣分析或測試。特定的染色汙水采用某種工藝處理的可行性必須通過試驗來驗證。並通過試驗篩選合適的藥劑及各種設計參數(見表3)。

印染汙水的工程設計必須要以試驗為基礎,如果沒有試驗作為確定參數的依據,設計出工程的風險性較大。因為絕大多數印染汙水中所含染料種類較多、汙水性質複雜、帶有不確定性,很難憑經驗來設計工程參數。如某印染企業工程設計時憑經驗設計參數,生化停留時間定為4h,造成印染汙水,特別是活性染料染色時的汙水脫色效果不明顯。經回顧性分析發現:生化停留時間設計過短是造成這一現象的原因。

(三) 汙染治理工程優化

清汙分流 分級處理

印染汙水按其產生的工段可以分為三部分:前處理汙水、染色汙水、後整理汙水。前處理汙水含pHCOD、染料;染色汙水主要汙染物為:pHCOD、色度;後整理汙水含:pHCOD。由此可以看出,印染汙水可以分別處理,特別是後整理汙水,其汙水可以進入生化工段處理,可以節約處理運行費用。如汙水中含有重金屬、硫化物等對微生物有毒性作用的物質時,為了減輕後續處理生化工段的毒性,應先采用前處理以減輕對微生物的毒性。因此,硫化染料在處理前進行曝氣或沉澱脫硫是完全必要的。

優化處理單元的次序

為了節省運行成本、減少藥劑費用等,應根據汙水的性質,確定處理單元次序。如:汙水中含磷濃度高,為避免磷酸鹽對生化的負麵影響,zui好采用化後氣浮;汙水中pH值較高,zui好采用先氣浮後生化;染色汙水常采用酸性絮凝、化學氧化作為預處理,酸性絮凝去除高分子物質,化學氧化去除低分子物質;當汙水中硫化染料多時,先氧化部分還原物質再絮凝;當汙水中含分散、硫化、冰染染料時先絮凝等。

強氧化深度處理

對普通方法難以脫色的活性豔紅等汙水,可采用光化學氧化、臭氧氧化、光化學催化氧化等強氧化法進行強製脫色。其中臭氧氧化是一種很好的脫色方法,但對其染色汙水TOC去除率較低,可將其作為生化的前置工段進行汙水治理。光化學氧化、非均相光化學催化氧化對TOC去除較明顯,如汙水排放對TOC亦有要求時,亦可采用UV/O3或者UV/O3/Fe2+組合工藝,或均相光化學催化氧化法作為後接工段進行處理。

推行清潔生產、實行汙染源全過程控製

目前,印染行業清潔生產主要有四個方麵:*,前處理工段的退漿新工藝,如原滌棉混紡物上的漿料一般都以PVA(聚乙烯醇為主體,廢液中汙染物含量較高,且PVA難以生化降解,上海紡織科研院研製的酸化木薯澱粉漿,即GZ-Z組合漿,具有操作方便、成本低、汙水汙染物少的特點;第二,染色工藝改革,如毛皮媒染時,改變媒染工藝,媒染液可多次重複利用;第三,染料種類的優化,如使用活性染料較多的棉印染行業采用新型雙活性基團一氯均三嗪和乙烯碸基團代替普通活性染料,提高染料上染率,減少汙水中染料殘留量;第四,衝洗、漂洗水循環利用,提高水資源的綜合利用率。通過清潔生產工藝,可減輕設施的處理負荷,對節約投資及運行成本很有效。

(四)方案設計原則

1可行性原則。在工程設計中,在確保工藝可行的同時,兼顧經濟上許可的能力總投資費用省、運行費用低等,考慮工藝上的可行性與經濟上的可行性協調統一。

2可靠性原則。通過對印染行業目前汙水處理情況的調研,結合多年從事汙水處理的經驗,同時借鑒目前印染汙水處理的成功個例,並與當前先進的汙水處理設備相融合,製定合理、成熟、可靠的汙水處理工藝,確保汙水處理係統能長期、穩定、可靠地運行。

 

3先進性原則,采用當前汙水處理的先進工藝和設備。

4操作管理方便,技術簡單實用,提高操作管理水平,實現科學現代化的管理。

5避免二次汙染,在治理汙水的同時,避免汙泥和噪音產生二次汙染。

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