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        印染廢水中水回用及RO濃水深度處理工程實例

        2023-01-28 10:09:14陳彥安徐百龍劉彬彬
        工業(yè)水處理 2023年1期
        關(guān)鍵詞:濃水印染填料

        陳彥安,徐百龍,杜 平,劉彬彬

        (浙江開創(chuàng)環(huán)??萍脊煞萦邢薰?,浙江杭州 311121)

        近年來,隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快,印染紡織業(yè)也進(jìn)入快速發(fā)展階段,排放了大量的有機(jī)廢水。印染廢水具有產(chǎn)生量大、有機(jī)污染物含量高、含有有毒重金屬和致癌物質(zhì)〔1〕、色度深、pH波動幅度大、水質(zhì)變化劇烈等特點〔2?3〕。目前,印染廢水的二級處理工藝主要以物理化學(xué)法和生物處理法為主,生物處理法雖具有良好的有機(jī)物去除率〔4?5〕,但經(jīng)生物處理后,廢水的B/C降低,廢水的可生化性差,同時,越來越多的印染廠對回用水的需求量增大,需用反滲透(RO)系統(tǒng)對生化處理后的廢水進(jìn)行濃縮和回用,RO濃水因具有濃縮倍數(shù)較高、含鹽量較高、難降解有機(jī)物濃度高、色度高、B/C低等特點,常規(guī)的生化和物化等方法無法對RO濃水進(jìn)行有效的處理〔6?7〕;臭氧催化氧化用催化劑促進(jìn)臭氧分解,產(chǎn)生更多的高活性羥基自由基(·OH),無選擇性地與污染物快速反應(yīng)且反應(yīng)完全,可有效降解廢水中難降解污染物〔8〕,但存在投資大、運行成本高等不足;原位強化膜 生 物 反 應(yīng) 器 工 藝〔9〕(Enhance membrane bioreactor,EMBR)是膜生物反應(yīng)器與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型廢水處理技術(shù),通過向膜生物反應(yīng)器的膜池中加入生物填料,使微生物附著在填料上,進(jìn)一步提高對 COD等有機(jī)物的去除效果,大大強化了生物反應(yīng)器的功能。與傳統(tǒng)的生物處理方法相比,具有生化效率高、抗負(fù)荷沖擊能力強等優(yōu)勢,同時還具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小、排泥周期長、易實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點。電催化氧化工藝(Electro-catalytic oxidation with pulse,ECOP)主要是利用具有催化性能的金屬氧化物電極,產(chǎn)生具有強氧化能力的羥基自由基或其他自由基氧化水中污染物,使其完全氧化分解為CO2和H2O,以達(dá)到去除廢水中有機(jī)物、氨氮和苯胺的目的〔10?11〕。

        嘉興某印染廠廢水處理系統(tǒng)處理量為1 000 m3/d,采用水解酸化—好氧—二沉池—終沉池—MBR—RO工藝處理印染廢水,前期因?qū)赜盟康囊筝^低,RO系統(tǒng)回收率僅有40%~50%,RO濃水COD低于《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4287—2012)中表2限值,可直接外排。隨著該印染廠對高品質(zhì)回用水需求量的增大,需將RO系統(tǒng)回收率提高至70%以上,此時RO濃水COD為330 mg/L左右,遠(yuǎn)高于排放標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)主擬采用活性炭粉吸附工藝去除RO濃水中的COD〔12〕,但活性炭為消耗品,投加成本較高,自動化程度低,操作繁瑣,需額外增加人工成本,吸附飽和的活性炭需返回壓濾機(jī)工段進(jìn)行壓濾處理,進(jìn)而又產(chǎn)生固廢,增加固廢處理費用。

        針對該印染廠現(xiàn)場運行情況和水質(zhì)情況,結(jié)合“源頭減排—過程控制—末端治理”的全流程廢水治理理念〔13〕,確定采用EMBR?RO?ECOP工藝深度處理印染廢水,EMBR系統(tǒng)進(jìn)一步降低RO進(jìn)水中的COD,經(jīng)過ECOP工藝對RO濃水進(jìn)行深度處理后外排。ECOP工藝操作簡便、維護(hù)便捷,可有效去除廢水中的COD和色度,成本是活性炭粉吸附COD的1/2。

        1 廢水來源

        該印染廠廢水主要來自散毛染色、成衣水洗工段,廢水中的主要成分為活性染料、酸性染料和分散染料,廢水中所含污染物質(zhì)主要有天然有機(jī)物質(zhì)(天然纖維所含的蠟質(zhì)、膠質(zhì)、半纖維素、油脂等)及人工合成有機(jī)物質(zhì)(染料、助劑、漿料等),企業(yè)產(chǎn)生的廢水水質(zhì)及排放限值見表1。

        表1 嘉興某印染廢水水質(zhì)組成及排放限值Table 1 Water quality composition and discharge limits of a printing and dyeing wastewater in Jiaxing

        2 工程概況

        2.1 印染廠改造前工藝流程

        該印染廠廢水處理系統(tǒng)處理量為1 000 m3/d,采用水解酸化—好氧—二沉池—終沉池—MBR—RO工藝(如圖1所示)處理印染廢水,前期因?qū)赜盟恳筝^低,RO系統(tǒng)回收率僅有40%~50%,RO濃水COD小于200 mg/L,可直接外排。

        圖1 改造前工藝流程Fig. 1 Process flow chart before transformation

        2.2 印染廠改造后工藝流程

        現(xiàn)因廠區(qū)實際生產(chǎn)需要,需提高整個系統(tǒng)的產(chǎn)水回用率,改造后產(chǎn)水回用率>80%,其中MBR系統(tǒng)產(chǎn)水回用量為500 m3/d,回用率為50%,作為低品質(zhì)回用水;RO系統(tǒng)產(chǎn)水回用率為72%,作為高品質(zhì)用水;系統(tǒng)整體水回收率為86%,每天節(jié)省自來水3 840 t。提高RO系統(tǒng)產(chǎn)水回用率后,RO濃水COD>200 mg/L時需對RO濃水進(jìn)行深度處理,COD和TN低于排放標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行排放。

        針對該印染廠現(xiàn)場的運行情況和水質(zhì)情況,采用EMBR?RO?ECOP工藝進(jìn)行深度處理,改造后的系統(tǒng)中,EMBR系統(tǒng)進(jìn)一步加強了對COD的去除,采用ECOP工藝對RO濃水進(jìn)行深度處理,ECOP工藝具有操作簡單、維護(hù)便捷,可有效去除廢水中難降解的COD,具體工藝流程見圖2。

        圖2 改造后工藝流程Fig. 2 Process flow chart after transformation

        2.3 改造后主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

        (1)初沉池。利舊,半地上鋼砼結(jié)構(gòu),尺寸4 m×5.5 m×5.5 m,有效水深為5 m,有效容積為605 m3,停留時間為2.6 h。

        (2)水解酸化池。利舊,半地上鋼砼結(jié)構(gòu),尺寸44 m×5.5 m×5.5 m,有效水深為5 m,有效容積為1 210 m3,停留時間為28.8 h,溶解氧質(zhì)量濃度為0.5 mg/L。

        (3)好氧池。利舊,半地上鋼砼結(jié)構(gòu),尺寸44 m×5 m×5.5 m,有效水深為5 m,有效容積為1 100 m3,停留時間為26.2 h,溶解氧質(zhì)量濃度為2~3 mg/L,污泥質(zhì)量濃度為2 500 ~3 500 mg/L。配備羅茨風(fēng)機(jī)2臺(1用1備)。

        (4)二沉池。利舊,半地上鋼砼結(jié)構(gòu),尺寸36 m×2.5 m×5.5 m,有效水深為5 m,有效容積為450 m3,表面負(fù)荷為0.5 m3/(m2·h)。配備刮泥機(jī)1臺,污泥回流泵2臺(1用1備)。

        (5)終沉池。利舊,半地上鋼砼結(jié)構(gòu),尺寸36 m×2.5 m×5.5 m,有效水深為5 m,有效容積為450 m3,表面負(fù)荷為0.5 m3/(m2·h)。配備刮泥機(jī)1臺。

        (6)EMBR膜池。2座,利舊,半地上鋼砼結(jié)構(gòu),單個膜池尺寸2.8 m×2.5 m×5.5 m,有效水深為4.5 m,單個膜池有效容積為31.5 m3。

        (7)EMBR膜組件。采用96片杭州求是簾式中空纖維膜組件,單個膜架48片膜,單片膜面積為30 m2,產(chǎn)水能力Q=42 m3/h。配備自吸泵3臺(2用1備),反洗泵2臺(1用1備),反洗保安過濾器1臺,羅茨風(fēng)機(jī)2臺(1用1備)。

        (8)EMBR填料。采用青島浩邦生物填料,親水性聚氨酯凝膠材質(zhì),(20±1) mm,比表面積為4 000 m2/m3,相對密度為1.02,投加比例為18%。

        (9)RO膜組件。利舊,采用54支8060陶氏抗污染型苦咸水膜元件,9支6芯裝膜殼,兩段式設(shè)計,系統(tǒng)設(shè)計回收率72%。配備保安過濾器1臺,增壓泵1臺,高壓泵1臺,膜清洗裝置1套。

        (10)ECOP單元。新建,采用杭州格林艾爾ECOP裝置,電解槽PP+A3材質(zhì),尺寸3 m×1.5 m×1.8 m,有效容積為4.5 m3,停留時間為42 min。電極板采用鈦基改性氧化鉛電極,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),工作電流為500 A,工作電壓為50 V,工作電流密度為10 mA/cm2,電解氧化時間為42 min。配備70V/600A整流機(jī)1臺,產(chǎn)水輸送泵1臺。

        3 改造后EMBR-RO-ECOP工藝對污染物的去除效果

        3.1 EMBR系統(tǒng)對COD的去除效果

        10月22日向膜池中加入生物填料并接種微生物,考察EMBR加入生物填料前后COD的變化趨勢,結(jié)果見圖3。

        圖3 EMBR加入生物填料前后COD的變化趨勢Fig. 3 Change trend of COD before and after adding biological filler to EMBR

        由圖3可知,膜池中剛接種微生物的10 d內(nèi),系統(tǒng)進(jìn)水平均COD為120 mg/L,系統(tǒng)出水平均COD為110 mg/L,COD的去除率基本沒有變化,說明此時膜池內(nèi)微生物還未生長至必要數(shù)量,接種微生物10 d后,系統(tǒng)進(jìn)水平均COD為110 mg/L,系統(tǒng)出水平均COD為96 mg/L,COD的去除率有明顯提升,平均去除COD由9.07 mg/L增大至13.55 mg/L,平均COD去除率從7.5%左右提升至12.4%,在這個階段,EMBR系統(tǒng)中微生物開始大量繁殖,廢水中的COD經(jīng)好氧微生物降解后有些許下降。

        3.2 EMBR系統(tǒng)對TN的去除效果

        考察8月25日至12月22日的EMBR系統(tǒng)進(jìn)水和出水TN的變化趨勢,結(jié)果見圖4。

        圖4 EMBR加入生物填料前后TN變化趨勢Fig. 4 change trend of TN before and after adding biological filler to EMBR

        由圖4可知,加入生物填料前后,EMBR進(jìn)水和出水的TN數(shù)值基本相同,說明EMBR系統(tǒng)對TN基本沒有去除效果,主要原因為TN的去除主要發(fā)生在生化系統(tǒng)的反硝化階段,EMBR系統(tǒng)出水的TN主要受前工段的影響。

        3.3 ECOP系統(tǒng)對COD的去除效果

        ECOP系統(tǒng)可調(diào)節(jié)參數(shù)為電流、電壓和進(jìn)水流量,電流調(diào)至550 A,電壓調(diào)至52 V,為使出水COD低于排放限值,調(diào)試前幾天RO系統(tǒng)回收率從40%緩慢調(diào)整,到8月27日,RO系統(tǒng)回收率調(diào)至72%,考察ECOP系統(tǒng)調(diào)節(jié)pH前后COD的變化趨勢,結(jié)果見圖5。

        由圖5可知,調(diào)節(jié)pH前,ECOP系統(tǒng)對COD的去除僅有90 mg/L左右,同時,RO濃水中的COD基本保持在400~450 mg/L,大幅度超過ECOP系統(tǒng)設(shè)計處理量,主要原因為生化系統(tǒng)進(jìn)水水溫超過40 ℃,生化系統(tǒng)溫度過高,抑制了微生物的活性,進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)COD過高。從整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行考慮,進(jìn)行了兩方面改進(jìn):一是加強對生化系統(tǒng)的日常監(jiān)控;二是通過實驗室進(jìn)行實驗優(yōu)化電催化氧化系統(tǒng)的運行條件。通過實驗室實驗發(fā)現(xiàn),RO濃水的pH為8~8.5,偏弱堿性。pH對于COD的去除來說是一個很重要的影響因素〔14?15〕,實驗室將RO濃水pH調(diào)節(jié)至6.7左右時,電催化氧化系統(tǒng)對COD的去除效果明顯提升?,F(xiàn)場用鹽酸調(diào)節(jié)pH至6.7,ECOP系統(tǒng)進(jìn)水COD小于330 mg/L時,ECOP出水COD小于200 mg/L,系統(tǒng)在之后一個月的運行期間保持穩(wěn)定,出水COD指標(biāo)達(dá)到排放要求。

        圖5 ECOP調(diào)節(jié)pH前后COD的變化趨勢Fig. 5 Change trend of COD before and after pH adjustment by ECOP

        3.4 ECOP系統(tǒng)對TN的去除效果

        考察10月22日至12月22日RO濃水和電催化氧化系統(tǒng)出水TN的變化趨勢,結(jié)果見圖6。

        圖6 ECOP調(diào)節(jié)pH前后TN的變化趨勢Fig. 6 Change trend of TN before and after pH adjustment by ECOP

        由圖6可知,ECOP系統(tǒng)對該廢水中TN的去除效果不是很明顯,主要原因為RO濃水中的TN主要以硝態(tài)氮的形式存在,電催化氧化系統(tǒng)可以氧化廢水中的氨氮,但其他形態(tài)的氮去除效果不明顯〔16〕;為保證出水TN達(dá)標(biāo),需重點控制生化系統(tǒng)的運行條件,使生化系統(tǒng)穩(wěn)定運行,以達(dá)到最終出水TN達(dá)標(biāo)排放。

        3.5 ECOP系統(tǒng)對色度的去除效果

        觀察ECOP系統(tǒng)進(jìn)出水顏色(從左至右分別為進(jìn)水、電解30 min出水、電解60 min出水、電解90 min出水),結(jié)果見圖7。

        圖7 ECOP進(jìn)水、出水的顏色變化Fig. 7 Color change of ECOP inlet water and outlet water

        圖7中ECOP進(jìn) 水、電 解30 min出 水、電 解60 min出水、電解90 min出水對應(yīng)的色度分別為173倍、56倍、46倍、32倍,由此可知,ECOP系統(tǒng)對色度的去除效果顯著,電解30 min時基本去除了廢水中的大部分顏色,且出水色度小于80倍(低于GB 4287—2012表2間接排放限值)。

        4 經(jīng)濟(jì)效益分析

        該系統(tǒng)的運行成本主要包括電耗和藥劑費用,其中平均噸水電耗為(1.76±0.1) kW·h,電費按0.7元/(kW·h)計,噸水電費為1.23元;藥劑費包括日常維護(hù)藥劑和化學(xué)清洗藥劑費用,噸水藥劑費用為0.46元,噸水電費和藥劑費合計為1.69元,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

        5 結(jié)論

        (1)EMBR系統(tǒng)可加強COD的去除效果,系統(tǒng)改造后,平均去除COD由9.07 mg/L增大至13.55 mg/L,平均COD去除率由7.5%增大至12.4%。

        (2)ECOP系統(tǒng)可有效降低RO濃水中的COD,加酸調(diào)節(jié)pH后,RO濃水中去除的COD由90 mg/L左右提升至130 mg/L左右。

        (3)ECOP系統(tǒng)對主要以硝態(tài)氮形式存在的含氮廢水的TN去除效果不明顯,應(yīng)加強前工段AO系統(tǒng)的運行參數(shù)調(diào)整,保證出水TN的穩(wěn)定。

        (4)針對整個工藝的運行情況,EMBR系統(tǒng)進(jìn)水COD<120 mg/L時,RO系統(tǒng)回收率為70%,ECOP系統(tǒng)出水COD穩(wěn)定在200 mg/L以下,總體來說,EMBR?RO?ECOP系統(tǒng)運行穩(wěn)定,預(yù)處理進(jìn)水COD<120 mg/L時,系統(tǒng)出水COD<200 mg/L,低于《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4287—2012)中的COD排放限值。

        (5)1 000 m3/d印染廢水深度處理工藝噸水運行費用為1.69元,年節(jié)約用水5.8萬t,年減少支出36萬余元。

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