劉中志

（沈陽環(huán)境科學(xué)研究院遼寧沈陽110167）

印染廢水處理工程設(shè)計研究

劉中志

（沈陽環(huán)境科學(xué)研究院遼寧沈陽110167）

介紹了催化鐵內(nèi)電解+水解酸化+生物接觸氧化的復(fù)合工藝處理印染廢水的工程實例，處理后出水可以達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。該工藝運行費用低、管理簡單方便、易于操作、去除色度效果好、無二次污染、投資規(guī)模小。

印染廢水；工程設(shè)計

紡織印染工業(yè)廢水是輕工業(yè)中的重大污染源之一，某毛巾廠是一家集棉花加工、棉紡、毛巾織造、印染于一身的國內(nèi)知名大型專業(yè)毛巾生產(chǎn)企業(yè)，年生產(chǎn)能力折合棉紗5000t。排放廢水量為7500m3/d。為此從企業(yè)的實際情況出發(fā)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臈l件，本著經(jīng)濟、有效的原則，對其污水處理站進(jìn)行工程設(shè)計，使其最終達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。

1 設(shè)計水質(zhì)水量

設(shè)計原水水量：7500m3/d。

表1 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)（單位：mg/L）

2 工藝流程簡介

工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程示意圖

工藝流程說明：廢水經(jīng)粗、細(xì)兩道格柵處理后，進(jìn)入格柵、調(diào)節(jié)、沉淀池，然后在泵的作用下，以0.24MPa的壓力，進(jìn)入催化鐵內(nèi)電解反應(yīng)器A。經(jīng)孔徑0.6μm的無機復(fù)合微濾膜過濾，去除60%以上的SS，并使難降解COD得到相應(yīng)的去除后，進(jìn)入鐵屑、銅屑等組合填料構(gòu)成的氧化還原反應(yīng)層。利用鐵、銅填料腐蝕電位的差異，以鐵作陽極、銅作陰極、原水作電解質(zhì)而形成千萬個原電池。利用鐵、銅電位差提高膠體污染物的沉積速度；利用電池反應(yīng)產(chǎn)物的絮凝、新生絮凝體的吸附等作用，實現(xiàn)對膠體等污染物的絮凝、吸附脫除作用；由于鐵是生物氧化酶系中細(xì)胞色素的重要組成部分，通過Fe2+－Fe3+氧化還原反應(yīng)進(jìn)行電子傳遞，促進(jìn)生化反應(yīng)；Fe2+和Fe3+進(jìn)入生化處理中，形成密度較大的生物鐵絮凝體，改善污泥沉降性能。陽極反應(yīng)如下：Fe-2e＝Fe2+，E0(Fe2+/Fe)＝-0.44V。當(dāng)無氧存在時，陰極反應(yīng)如下：2H++2e＝H2↑，E0(H+/H2)＝0V；當(dāng)有氧存在時，陰極反應(yīng)如下：O2+4H++4e＝H2O，O2+2H2O+4e＝5OH-，E0(O2/OH-)＝0.40V。通過上述微濾處理及氧化還原反應(yīng)等，使進(jìn)水COD去除30%～45%、色度去除30%～50%（去除率因不同污染物的性質(zhì)不同而各異）。催化鐵內(nèi)電解反應(yīng)器A出水進(jìn)入水解酸化沉淀池，通過水解酸化預(yù)處理，繼續(xù)調(diào)節(jié)水質(zhì)。通過缺氧、厭氧生物反應(yīng)，使進(jìn)水COD去除20%～45%、色度去除25%～40%（去除率因不同污染物的性質(zhì)不同而各異）、SS去除30%以上。水解酸化沉淀池出水再進(jìn)入催化鐵內(nèi)電解反應(yīng)器B，利用微濾膜截留微生物，并通過氧化還原反應(yīng)、缺氧、厭氧生物反應(yīng)、絮凝沉淀等作用，使進(jìn)水SS去除60%以上、COD去除20%～30%、色度去除30%～50%（去除率因不同污染物的性質(zhì)不同而各異）。催化鐵內(nèi)電解反應(yīng)器B出水進(jìn)入接觸氧化膜生物反應(yīng)器A，通過好氧生物反應(yīng)、絮凝沉淀和膜截留等作用，使進(jìn)水COD去除75%～85%、BOD去除90%以上、SS去除50%以上、色度去除35%～55%。污泥靠污泥泵定期、定量排入?yún)捬跛馑峄ど锓磻?yīng)器。接觸氧化膜生物反應(yīng)器A出水，利用虹吸原理進(jìn)入?yún)捬跛馑峄ど锓磻?yīng)器。通過厭氧、缺氧生物反應(yīng)，再次降低難生化降解COD，提高BOD與COD的比值，為接觸氧化膜生物反應(yīng)器B創(chuàng)造良好的條件。使進(jìn)水COD去除70%～85%、BOD去除80%～90%以上、SS去除90%以上、色度去除25%～40%。污泥定期通過污泥井排出。厭氧水解酸化膜生物反應(yīng)器出水，利用虹吸原理進(jìn)入接觸氧化膜生物反應(yīng)器B，再次進(jìn)行好氧生物反應(yīng)。通過好氧生物反應(yīng)、絮凝沉淀和膜截留等作用，使進(jìn)水COD去除75%～85%、BOD去除90%以上、SS去除20%以上、色度去除35%～55%。污泥靠污泥泵定期、定量排入?yún)捬跛馑峄ど锓磻?yīng)器。絕大多數(shù)印染廢水，經(jīng)格柵、調(diào)節(jié)沉淀池——催化鐵內(nèi)電解反應(yīng)器A——水解酸化池——催化鐵內(nèi)電解反應(yīng)器B——接觸氧化膜生物反應(yīng)器A——厭氧水解酸化膜生物反應(yīng)器——接觸氧化膜生物反應(yīng)器B處理，足以使其COD去除99%以上、BOD去除99.5%以上、SS去除99%以上、色度去除95%以上，完全達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)；對于活性艷紅K2—BP、酸性紅G、活性黑K—BR等少數(shù)難生物降解染料廢水，必要時可單獨增加獨創(chuàng)的光催化氧化膜反應(yīng)器，亦可確保完全達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。

3 主要構(gòu)筑物

3.1 格柵、調(diào)節(jié)、沉淀池

采用地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為：20m×6m×10m，有效容積為1200m3；HRT＝3.6h。

3.2 催化鐵內(nèi)電解反應(yīng)器A

催化鐵內(nèi)電解反應(yīng)器A，設(shè)于格柵、調(diào)節(jié)、沉淀池與水解酸化池之間，由兩層無機復(fù)合微濾膜和中間填加的鐵屑、銅屑等組合填料過濾層構(gòu)成。無機復(fù)合微濾膜孔徑0.6μm，合計每層過濾面積273.4m2，濾速1.22m3/m2h；鐵屑、銅屑等組合填料構(gòu)成的氧化還原反應(yīng)層尺寸為：11.3m×1.68m×0.15m，共3組，合計過濾面積56.95m2；濾速5.85m3/m2h。

3.3 水解酸化池

采用地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為：20m×22.32m×10m，有效容積為4464m3；HRT＝13.39h，SRT＝100d。

3.4 催化鐵內(nèi)電解反應(yīng)器B

催化鐵內(nèi)電解反應(yīng)器B，設(shè)于水解酸化池與接觸氧化膜生物反應(yīng)器A之間，由兩層無機復(fù)合微濾膜和中間填加的鐵屑、銅屑等組合填料過濾層構(gòu)成。無機復(fù)合微濾膜孔徑0.6μm，合計每層過濾面積273.4m2，濾速1.22m3/m2h；鐵屑、銅屑等組合填料構(gòu)成的氧化還原反應(yīng)層尺寸為：11.3m×1.68m×0.15m，共3組，合計過濾面積56.95m2；濾速5.85m3/m2h。

3.5 接觸氧化膜生物反應(yīng)器A

采用地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩池并聯(lián)交替運行。單池尺寸為：16.5m×6m×10m；其中設(shè)有孔徑0.2μm、過濾面積1738.18m2的無機復(fù)合微濾膜過濾器；無機復(fù)合微濾膜兼作微孔曝氣器。池內(nèi)設(shè)有溶解氧檢測儀，可根據(jù)溶解氧的變化，自動調(diào)節(jié)供氣量。濾速0.192m3/m2h；有效容積為：937.27m3；HRT＝5.62h，SRT＝30d；NW＝25g/L；DO為：4.5 mg/L～6mg/L。

3.6 厭氧水解酸化膜生物反應(yīng)

采用地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為：52.32m×6m×10m，其中設(shè)有孔徑0.15μm、過濾面積3428.15m2的無機復(fù)合微濾膜過濾器。濾速0.097m3/m2h；有效容積為：3103.31m3；HRT＝18.62h；SRT＝100d。NW＝25g/L。

3.7 接觸氧化膜生物反應(yīng)器B

采用地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩池并聯(lián)交替運行。單池尺寸為：16.5m×6m×10m；其中設(shè)有孔徑0.2μm、過濾面積1738.18m2的無機復(fù)合微濾膜過濾器；無機復(fù)合微濾膜兼作微孔曝氣器。池內(nèi)設(shè)有溶解氧檢測儀，可根據(jù)溶解氧的變化，自動調(diào)節(jié)供氣量。濾速0.192m3/m2h；有效容積為：937.27m3；HRT＝5.62h，SRT＝30d；NW＝25g/L；DO為：4.5 mg/L～6mg/L。

3.8 污泥井、出水井

污泥井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為2.5m×2.5m×10.5m。出水井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為3.5m×1.5m×8.5m。

4 主要設(shè)備

（1）格柵：旋轉(zhuǎn)細(xì)格柵兩臺，一用一備；兼具輸送、壓榨功能。單臺過柵流量Qmax=350m3/h；鼓柵直徑d=550mm；鼓柵長度L= 1000mm；柵縫寬度b=1mm；電機功率N=1.5kW。（2）管道離心泵：共2臺（一用一備）。單臺流量Q=346m3/h；揚程H=24m；功率N= 37kW。（3）空氣壓縮機：單臺排氣量:Q=33m3/h，排氣壓力0.3MPa，功率N=120kW；氧轉(zhuǎn)移效率E=95%，共2臺（一用一備）；單臺排氣量:Q=0.9m3/h，排氣壓力0.7MPa，功率N=7.5kW，共2臺（一用一備）。（4）污泥泵：流量：Q=30m3/h，揚程：8m，功率：1.5kW，共3臺（兩用一備）；流量Q=70m3/h，揚程：9m，功率：3kW，共2臺（一用一備）。（5）自制氣壓脫水機：共用2臺(一用一備)，單臺最高處理量60m3/h，脫水后平均含固率≥30%。

5 經(jīng)濟分析

（1）裝機容量：170.5kW，運行：150kW。（2）運行成本：電耗：0.405元/m3污水（工業(yè)用電按0.9元/kW·h計算）；鐵屑費：0.08元/m3污水（鐵屑按800元/t、消耗量按50g/m3污水計算）；工資：0.011元/m3污水（額定6人，按1600元/月計算）；合計運營成本：0.4141元/m3污水。累計99.3840萬元/a。（3）沼氣收入：110.88萬元/a（沼氣的熱值約為22680kJ/m3，煤的熱值為21000kJ/Kg計算，1m3沼氣的熱值相當(dāng)于1kg原煤。以沼氣產(chǎn)率0.5m3/kgCOD計算，產(chǎn)氣量為6160m3/d，折合原煤6.16噸。原煤按500元/t計算，每天減少費用3080元。）（4）出水完全回用減少排污費：31.68萬元/a（達(dá)標(biāo)排放排污費按0.1元/m3，未計污染費和超標(biāo)排放罰款）。（5）出水完全回用減少水費：380.16萬元/a（工業(yè)水費按1.2元/m3計算）。（6）扣除運營費用后，每年可增加收益：400萬元以上。

6 工藝特點

（1）通過孔徑0.1μm無機復(fù)合微濾膜過濾，基本去除SS，大大降低了難生物降解COD負(fù)荷，避免了高濁度的不良影響。（2）將鐵屑、銅屑等組合填料填于兩層孔徑1μm的無機復(fù)合微濾膜之間，形成致密的過濾層，可確保廢水與鐵－銅微原電池充分接觸，從而提高了其處理效果。（3）利用無機復(fù)合微濾膜作生物載體，實現(xiàn)了生物污泥的徹底截留，提高了容積負(fù)荷及抗沖擊能力。污泥附著在特制的軸、徑雙向往復(fù)折疊無機復(fù)合微濾膜上，形成生物反應(yīng)膜，提高了微生物的掛膜效果，并實現(xiàn)了污水與污泥的充分接觸、HRT與SRT徹底分離以及生物污泥濃度的任意控制。通過調(diào)整SRT，可使污泥濃度穩(wěn)定保持在12g/L～20g/L的理想范圍，能確保工藝操作的長期穩(wěn)定性。（4）由于膜的截流作用，可使SRT任意確定。提高難降解大分子有機物的處理效率、促使其徹底的分解。（5）污泥定期流入?yún)捬跛馑峄ど锓磻?yīng)器，通過延長SRT，使其充分硝化，將污泥化為沼氣回收利用，大大降低污泥處理費用且節(jié)省了資源。

[1]劉元臣,閆侃,薛珊.印染廢水處理綜述[J].染整技術(shù),2014,36（7）：8-12.

[2]孫志華,劉志輝.印染廢水處理工程改造[J].中國給水排水, 2009,25（14）：69-71.

劉中志（1977—），男，滿族，遼寧沈陽人，本科，工程師，主要從事環(huán)境影響評價研究。