陳亞利

(中鐵環(huán)境科技工程有限公司，湖南 長沙 410017)

0 引言

印刷行業(yè)生產(chǎn)過程中使用水性油墨而產(chǎn)生的油墨廢水含有大量水溶性高分子樹脂連接劑、醇基類化合物及染料等[1-2]，屬于高濃度有機(jī)廢水，具有高化學(xué)需氧量(COD)、高色度、高溶解性固體、難生物降解等特點(diǎn)[3-4]，處理難度極大。目前，國內(nèi)外處理油墨廢水的方法主要有混凝沉淀法[5-6]、電氧化法[7]、微電解法[8]、光催化氧化法[9-10]、生物處理法[11-12]、吸附法[13]等。在實(shí)際應(yīng)用中，常采用組合工藝使油墨廢水的處理達(dá)到排放或回用要求，因此需根據(jù)不同油墨廢水的水質(zhì)特征，對預(yù)處理、深度處理技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)組合，找到經(jīng)濟(jì)有效的處理方法和工藝。

本項(xiàng)目針對某地面材料廠的油墨廢水，根據(jù)其廢水水質(zhì)及處理要求，選擇采用“兩級混凝沉淀+DTRO”工藝進(jìn)行處理，處理出水優(yōu)于項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求的GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》中的洗滌用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。為水性油墨廢水的回用處理提供新的思路。

1 工程概況

某公司印刷廢水主要產(chǎn)生于印刷工藝中的換輥(換墨)、洗輥、洗槽、洗桶工序，廢水中主要含有水性油墨、樹脂、碳黑、酒精等，廢水特性為成分復(fù)雜、有機(jī)物含量高、懸浮物多，且含有大量有毒有害成分和物質(zhì)，色度高。廢水水量約為150 L/h(3 m3/d)?；瘜W(xué)需氧量(CODCr)平均為26 065 mg/L、五日生化需氧量(BOD5)平均為1 250 mg/L、氨氮(NH3-N)平均為22 mg/L、pH 為7～9、溶解性總固體(DS)為18 170 mg/L、總殘?jiān)?TS)為20 204 mg/L，屬于高濃度廢水。廢水處理要求出水達(dá)到GB/T 19923—2005 中的洗滌用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表1 所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

2 工藝的確定

2.1 工藝選擇的重點(diǎn)和難點(diǎn)

根據(jù)本項(xiàng)目廢水水質(zhì)特點(diǎn)及出水水質(zhì)要求，工藝選擇存在以下重點(diǎn)和難點(diǎn)：

(1)廢水水量小，間歇性排放，水質(zhì)水量波動(dòng)大，可生化性差，生物毒性大。該廢水曾采用“曝氣 + 混凝+ 壓濾(初濾) + 生化(MBR) + 砂濾 + 碳濾 + 精密過濾器 + 反滲透”工藝進(jìn)行處理，但運(yùn)行一段時(shí)間后，生化系統(tǒng)微生物全部死亡，導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)堵塞嚴(yán)重癱瘓，因此生化方法并不適用。

(2)廢水中溶解性固體量高達(dá)18 170 mg/L，而所要求的出水標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19923—2005 中洗滌用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對出水溶解性固體的含量要求嚴(yán)格，規(guī)定選擇的工藝必須具備高效降低溶解性總固體的能力，根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)，對溶解性總固體的去除率需達(dá)到94.50%以上。而混凝、生化方法無法實(shí)現(xiàn)溶解性總固體量的減少。反滲透可以高效穩(wěn)定降低溶解性總固體含量，但反滲透膜易受污染堵塞，因此需采用合適的預(yù)處理工藝，以保證反滲透膜的正常、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.2 工藝流程

油墨廢水的處理工藝與油墨的種類和特性有著非常密切的關(guān)系。由于本項(xiàng)目進(jìn)水指標(biāo)中溶解性固體量大、出水指標(biāo)溶解性固體量低，根據(jù)以上工藝選擇的重點(diǎn)、難點(diǎn)分析，為保證出水水質(zhì)，采用碟管式反滲透深度凈化處理作為主體工藝，降低溶解性固體量。另外，廢水水質(zhì)波動(dòng)大、生物毒性大，根據(jù)現(xiàn)有水質(zhì)情況、出水指標(biāo)，同時(shí)為保障反滲透處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，選用兩級混凝沉淀工藝作為預(yù)處理工藝，具體工藝流程及物料平衡如圖1 所示。

圖1 廢水處理工藝流程

油墨廢水首先由收集池進(jìn)行收集調(diào)節(jié)，使來水水質(zhì)、水量均勻。采用兩級混凝沉淀對廢水進(jìn)行預(yù)處理，投加聚合硫酸鐵(PFS)和聚丙烯酰胺(PAM)進(jìn)行絮凝反應(yīng)，沉淀去除廢水中的懸浮物，同時(shí)降低廢水中CODCr、BOD5等污染物濃度，保證后續(xù)DTRO 處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。DTRO 處理系統(tǒng)原水箱廢水通過加酸將 pH 值調(diào)整到 6.0～6.5，將碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化為二氧化碳，從而避免因碳酸氫鹽存在而導(dǎo)致工藝流程中鈣、鋇鹽的沉淀；原水箱廢水依次經(jīng)過50 μm 過濾裝置、10 μm 濾芯過濾器，進(jìn)一步去除水中的懸浮固體后，通過高壓泵進(jìn)入碟管式反滲透模塊，經(jīng)反滲透處理后出水滿足回用水質(zhì)要求，在廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行回用。

混凝沉淀池產(chǎn)生的化學(xué)污泥及精密過濾器反洗液進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)，投加高分子絮凝劑，改善污泥性能，并采用板框壓濾機(jī)將污泥脫水至含水率不高于60%，實(shí)現(xiàn)污泥減量。濾液回流至第二級混凝沉淀池進(jìn)行處理。

項(xiàng)目日處理水量3 t，全天運(yùn)行6 h，每小時(shí)處理水量0.5 t，每天最終回用水量2.362 t；濃水量為0.453 t，因水量較小，外委其他工業(yè)廢水設(shè)施進(jìn)行處理；經(jīng)脫水處理后的污泥量為0.28 t，作為危險(xiǎn)廢物委托有資質(zhì)的公司外運(yùn)處理。

3 主要工藝單元及設(shè)備

按照3 m3/d，每天運(yùn)行6 h 設(shè)計(jì)，每小時(shí)處理能力為0.5 m3/h。

3.1 收集池

收集池收集并調(diào)節(jié)油墨廢水的水質(zhì)、水量，實(shí)現(xiàn)均質(zhì)、均量；共1 座，設(shè)計(jì)規(guī)模0.5 m3/h；尺寸φ2.3 m×3 m，有效容積10 m3，PE 材質(zhì)。

主要設(shè)備：提升泵2臺(1 用1備)，單臺流量0.5 m3/h，揚(yáng)程15 m，功率0.37 kW。

3.2 混凝沉淀池1#

混凝沉淀池1# 含反應(yīng)池、沉淀池，投加NaOH調(diào)節(jié)廢水至堿性，投加PFS、PAM 進(jìn)行混凝沉淀反應(yīng)，大幅去除廢水中的懸浮物、膠體及部分CODCr、BOD5，減輕后續(xù)處理負(fù)擔(dān)；共1 座，設(shè)計(jì)規(guī)模0.5 m3/h；沉淀池表面負(fù)荷0.5 m3/(m2·h)，其材質(zhì)為碳鋼，內(nèi)壁防腐處理。

主要設(shè)備：攪拌機(jī)1 臺，功率0.75 kW；PFS 自動(dòng)加藥系統(tǒng)1 套，其中200 L PE 加藥桶1 臺、0.37 kW攪拌機(jī)1 臺、40 L/h 計(jì)量泵2臺(單臺功率60 W，1 用1備)；PAM 自動(dòng)投加系統(tǒng)1 套，其中100 L PE加藥桶1 臺、0.25 kW 攪拌機(jī)1 臺、10 L/h 計(jì)量泵2臺(單臺功率28 W，1 用1備)；NaOH 自動(dòng)加藥系統(tǒng)1 套，其中100 L PE 加藥桶1 臺、0.25 kW 攪拌機(jī)1 臺、15 L/h 計(jì)量泵2臺(單臺功率28 W，1 用1備)。

3.3 混凝沉淀池2#

混凝沉淀池2# 含反應(yīng)池、沉淀池，投加PFS、PAM，進(jìn)一步去除廢水中的懸浮物、膠體及部分COD、BOD；共1 座，設(shè)計(jì)規(guī)模0.5 m3/h；沉淀池表面負(fù)荷0.5 m3/(m2·h)，其材質(zhì)為碳鋼，內(nèi)壁防腐處理。

主要設(shè)備：攪拌機(jī)1 臺，功率0.75 kW；PFS 自動(dòng)加藥系統(tǒng)1 套，其中200 L PE 加藥桶1 臺、0.37 kW攪拌機(jī)1 臺、40 L/h 計(jì)量泵2臺(單臺功率60 W，1 用1備)；PAM 自動(dòng)投加系統(tǒng)1 套，其中100 L PE 加藥桶1 臺、0.25 kW 攪拌機(jī)1 臺、10 L/h 計(jì)量泵2臺(單臺功率28 W，1 用1備)。

3.4 收集中轉(zhuǎn)池

收集中轉(zhuǎn)池緩沖并調(diào)節(jié)廢水pH 值為6.0～6.5，共1 座，設(shè)計(jì)規(guī)模0.5 m3/h，尺寸1.0 m×1.5 m×3.5 m，有效容積10 m3，其材質(zhì)為碳鋼，內(nèi)壁防腐處理。

主要設(shè)備：提升泵2臺(1 用1備)，單臺流量0.5 m3/h，揚(yáng)程55 m，功率0.55 kW。

3.5 DTRO 系統(tǒng)

DTRO 系統(tǒng)包括精密過濾模塊及碟管式反滲透模塊，通過反滲透截留離子和大的分子有機(jī)物質(zhì)，使廢水經(jīng)過后分離出干凈的水流(滲透液)和高度濃縮的截留物(濃水)。反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)膜通量15 L/(h·m2)，清液得率85%，計(jì)算膜總面積28.47 m2。

主要設(shè)備：DTRO 集成設(shè)備1 套，流量0.5 m3/h，功率12.47 kW。

3.6 污泥系統(tǒng)

污泥系統(tǒng)收集來自兩級混凝沉淀池產(chǎn)生的化學(xué)污泥及精密過濾器反洗液，采用板框壓濾機(jī)脫水降低污泥含水率，產(chǎn)生的上清液回流至第二級混凝沉淀池。每天產(chǎn)生絕干污泥60 kg，外運(yùn)處置。

主要設(shè)備：污泥收集箱1 個(gè)，有效容積1 000 L，PE 材質(zhì)；壓濾機(jī)1 臺，過濾面積10 m2，功率1.1 kW；PAM 自動(dòng)投加系統(tǒng)1 套，其中100 L PE 加藥桶1 臺、0.25 kW 攪拌機(jī)1 臺、10 L/h 計(jì)量泵2臺(單臺功率28 W，1 用1備)。

4 工程運(yùn)行效果

4.1 處理效果

本項(xiàng)目經(jīng)調(diào)試后正常運(yùn)行，出水水質(zhì)穩(wěn)定，出水效果好，CODCr、BOD5、SS、NH3-N、DS、TS 的總?cè)コ史謩e為99.77%、98.40%、99.90%、99.91%、99.63%、99.65%，其中BOD5、SS、DS 指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)出水水質(zhì)要求，出水平均值分別為20 mg/L、2 mg/L、68 mg/L，優(yōu)于GB/T 19923—2005 中的洗滌用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。各工藝單元出水水質(zhì)及去除率如表2 所示。

表2 各主要工藝單元處理效果

4.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

本項(xiàng)目日處理廢水3 m3，項(xiàng)目建成前，產(chǎn)生的廢水作為危險(xiǎn)廢物委托專業(yè)的公司進(jìn)行處理，處理成本較高。項(xiàng)目建成后，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行期，水處理費(fèi)用為26.14 元/m3，其中電費(fèi)14.12 元/m3，藥劑費(fèi)為12.02 元/m3。

5 結(jié)語

采用“兩級混凝沉淀+DTRO”組合工藝處理地面材料廠油墨廢水，在進(jìn)水pH 值為7～9，CODCr、BOD5、SS、NH3-N、DS、TS 的平均含量分別為26 065 mg/L、1 250 mg/L、2 012 mg/L、22 mg/L、18 170 mg/L、20 204 mg/L 時(shí)，經(jīng)處理后廢水各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于GB/T 19923—2005 中的洗滌用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，回用于該廠的生產(chǎn)工序，廢水處理直接成本(電費(fèi)、藥劑費(fèi)用)為26.14 元/m3。該組合工藝具有抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、可間歇性運(yùn)行、出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)等優(yōu)勢，可為水性油墨廢水及類似溶解性固體含量高、可生化性差的廢水處理項(xiàng)目提供參考。