染色废水处理工程及工艺分析

染色废水处理工程及工艺分析1 工程概况 1.1 处理规模及水质本文介绍的两项工程为青岛即墨针织有限公司和藤华染色有限公司废水处理工程，前者规模3000m3/d，后者规模2400m3/d。两家公司都生产纯棉针织品，主要污染物来源可分为两大类：一类是加工过程中使用的染整药剂及各种助剂，主要包括漂白剂、染料、表面活性剂及酸、碱等，可生化性一般较差；另一类是在对织物纤维进行处理的过程中，从纤维上脱除下来的物质，包括含氮化合物、蜡状物质、天然色素等，其中多数是天然有机物，可生化性较好。两家公司废水中主要污染物浓度及处理要求如表1所示。表1 废水水质项目原水水质设计要求实际出水实际去除率（%）即墨公司PH值811697.18.3BOD5（mg/L)250402092COD(mg/L)50018012076SS(mg/L)4001003092色度（倍）200808060藤华公司PH值6126978BOD5（mg/L)250251096COD(mg/L)6001004093SS(mg/L)10070496色度（倍）30040032891001.2 废水处理工艺1.2.1 即墨公司废水处理处理工艺流程如图1。该公司在染整车间中便将浓、稀废水分别收集并引入污水处理设施。其中浓废水单独经混凝脱色，然后与稀废水混合处理，这样有利于提高处理效率和降低处理费用，也符合清污分流的原则。1.2.2 藤华公司废水处理处理工艺如图2。漂白废水先进入漂白水贮池，池中进行预曝气脱氯。染色废水经集水池与漂白废水混合后提升至水力筛，革除杂物和一部分织物纤维以后进行pH调节，然后经调节池入曝气池。采用推流式延时曝气法。由于废水中以染料为主的部分有机物生化性较差，生物氧化过程中耗氧速度不快，所以曝气系统采用穿孔管曝气。曝气池出水经泵提升进入压力过滤罐，再入两座并联活性炭吸附塔进行脱色。饱和活性炭采用微波再生后重复使用。生化单元排出的剩余污泥直接进行絮凝脱水。1.3 处理效果及成本即墨和藤华公司两项工程分别经过3年和2年的实际运行，处理效果如表1所示，出水分别达到GB4287-920级和级标准，水质长期保持稳定。含折旧费的单位处理成本分别为1.31、1.93元/m3。2 工艺分析本文通过两项较为成功的工程实例，阐明如何根据不同的处理条件和处理要求选择合适的工艺，以保证处理设施具备相应的科学性和合理性。染色废水处理的单元工艺可分为生化法和物化法两类。生化法一直占主导地位，然而近年来开发的许多新型染料由稳定的环状有机物组成，可生化性差，所以生化方法一般脱色效果较差，比不上物化法。但在水质条件允许的情况下，应尽量采用生化法加物化脱色的工艺，以保证出水水质。在国内，染色废水处理的生化法主要有表面加速曝气活性污泥法和生物接触氧化法两种。由于资金不充裕，发达国家普遍采用的延时曝气活性污泥法在国内应用很少。鉴于染色废水的色度高、许多染料的可生化性较差，因此用物化方法进行脱色较为合适。我国应用最多的是投加混凝剂的方法，泥水的分离多数用沉淀池，也有一部分采用气浮法。同样因为费用原因，我国很少采用吸附法作为脱色单元，这与吸附法脱色在发达国家的普及和流行形成鲜明的对比。吸附法尽管费用高，但运转可靠，处理效果卓著。为节约脱色费用，近年来，我国开发了多种新型脱色混凝剂，即墨工程中采用的是北京环科院研制的号脱色混凝剂。基于即墨和藤华两套设施的经验，对生物接触氧化和延时曝气两种生化主体工艺以及混凝沉淀和活性炭吸附两种脱色工艺进行对照比较。2.1 生物接触氧化法和延时曝气法两种生化方法的比较见表2。表中可见，当对出水水质要求不高(例如执行GB4287-92级标准)时，可优先选择接触氧化法，以节省资金。当出水要求高且资金允许时，建议采用延时曝气法。2.2 混凝沉淀法和活性炭吸附法两种物化脱色工艺的比较见表3。其中混凝法管理方便，费用较低，但效果不及吸附法。而活性炭吸附水质优良，色度亦可降低到零，且可靠性高，但费用也比较高。当对出水色度有较高要求，尤其是要求水回用的场合，最好用吸附法。 表2两种生化方法的工艺特点及费用比较项目接触氧化法延时曝气法工艺特点出水水质良优流程无污泥回流系统，较简单有污泥回流系统过程控制没有污泥膨胀现象，易于控制控制不好有污泥膨胀上浮现象负荷负荷高，污泥浓度高低负荷，长停留时间占地面积曝气池容积相对较小，但需设污泥浓缩池曝气池容积较大污泥产量及处置污泥产量较大，污泥需进行浓缩，然后脱水污泥产量小，絮凝泥降性能相对好，不需浓缩，可直接脱水与后续脱色流程的组合可在二沉池前直接抽混凝剂进行脱色，简单便易行，节省费用追求高效脱色时可用吸附法费用基建投资（元/m3）500688直接处理成本（元/m3）0.370.402.3 工艺的组合染色废水在可生化性方面因染整生产状况和条件的不同而有较大差异，只要废水的BOD5/COD0.2，应尽量考虑用生化法作为去除有机污染物的主要手段。为了解决生化法脱色效果差的矛盾，通常在生化法后辅以物化单元进行脱色。两种生化单元和两种脱色单元有四种组合方式，工艺上各有侧重，费用上也互不相同，其比较列于表4。即墨和藤华公司两项工程分别采用了表4中的两种组合，这两种组合是四种组合中较有代表性和相对合理的，其适用的场合也有典型性。即墨的工艺在对出水水质要求不高和资金紧缺时是很有价值的，而藤华的工艺能达到对出水高标准的要求，只是费用较高。两项工程的费用对比列于表5。表3 两种脱色单元工艺特点比较项目混凝法活性炭吸附法工艺特点处理效果和出水水质良，对混凝剂种类依赖性较大优，水质稳定，达标率100%基建特点土建工程量大，设备较少，占地面积大设备较多，自动化程度高，土建工程量小，占地面积小废弃物产量及出路污泥量较大，脱水过程复杂，难以找到最终出路废弃的炭可掺人燃煤中烧掉二次污染可能性化学污泥处置不当容易造成二次污染活性炭再生时产生少量尾气操作管理操作简单，劳动强度小活性炭再生操作繁琐过程控制如水量稳定，过程控制简便简便费用基建投资（元/m3）277542直接处理成本（元/m3）0.460.58表4 四种工艺组合的比较工艺组合特点基建相对费用运转相对费用应用场合备注接触氧化+混凝沉淀可在二沉池前投加混凝剂，从而省去混凝沉淀池，流程简单；易于操作管理；基建费用低。不能得到高质量的出水；污泥量大0.630.85出水执行级标准，资金紧张在即墨工程中采用接触氧化+活性炭吸附活性炭吸附成为出水水质的控制步骤；接触氧化高负荷低费用的特点不能发挥；接触氧化出水浓度相对高，造成吸附床负荷大或再生过于频繁，操作较复杂0.850.97工艺组合不够合理，不推荐采用延时曝气+混凝沉淀可以得到较好的出水水质；混凝剂投量小；设备简单；污泥量较小。流程复杂；占地面积大；基建和动转费用较高0.780.88出水执行级标准；有足够充裕的资金延时曝气+活性炭吸附出水水质很好；污泥产量很小。设备较多；基建运转费用较高；操作管理简单，如有活性炭再生则操作较繁琐1.01.0出水执行级标准；出水要求回用；资金充裕；对处理的可靠性要求高在藤华工程中采用表5 藤华和即墨工程的费用对比项目即墨工程（3000m3/d）藤华工程（2400m3/d）项目即墨工程（3000m3/d）藤华工程（2400m3/d）基建投资基建投资（万元）其中：土建费（万元）设备费（万元）其它（万元）单位投资（元/m3）35020090601167470230160801950运转费用年处理成本（万元/a）年直接处理成本（万元/a）单位处理成本（元/m3）单位直接处理成本（元/m3）143.5123.21.311.13169.5141.91.931.62值得指出的是，藤华工艺的出水可满足多种场合的回用水要求，对节约水资源有重要意义，尤其适用于缺水地区。同时，水的回用对工艺的高费用可以达到一定程度的补偿。热碱促进污泥水解的试验研究前言 中温厌氧消化是一种使用最广泛的城市下水道生物污泥稳定化技术，其生物学的水解被认为是制约其消化速度的阶段。国外的研究认为是由于半刚性惰性物质细胞壁妨害了细胞内含物的溶出水解，并提出通过机械的1、加碱加酸2、氧化3、热解4以及超声波5等处理方式，促使细胞壁破裂，溶出生物细胞中含有的大多数有机物质，从而加速污泥的水解过程，达到缩短消化时间，改善污泥的脱水性能，减少消化池容积，提高甲烷产量的目的6。但是从一些学者的研究可以看出，污泥机械破解、超声破解的输入能量以及运行费用较高，从节约能源角度上，日本学者平冈正胜提出并且提倡通过60低温热处理来增加污泥分解量7，那么从适用性的角度来看，如果存在废热以及废碱可以利用时，我们是否可以通过低温热处理和碱的联合处理来增加生物污泥中含有的有机物溶出呢？鉴于以上目的，本文主要集中研究在低温条件下（T100）剩余生物污泥热处理、常温碱处理以及加热碱破壁的效果。1 实验方法1.1试验用料来源实验所用剩余生物活性污泥取自天津大学中水回用处理反应器。进行沉淀浓缩后，所得污泥作为实验用料。剩余污泥主要特性指标如表1所示。（其中TCOD、SCOD说明见2.4）项目PHMLSS (mg/L)MLVSS (mg/L)TCOD (mg/L)SCOD (mg/L)数值7.42960057821023068.81.2 实验装置 低温热碱破壁的实验装置主要为恒温水浴锅、反应容器以及磁力搅拌器组成的系统。如图1所示。1.3污泥破解实验方法 根据实验目的将四个水浴锅温度分别保持在30、40、50、60、80、100四个阶段，每个水浴锅中放入三个1000ml广口瓶，然后每个广口瓶内加入800ml浓缩活性污泥，并且用搅拌器连续搅拌。待广口瓶内污泥温度达到水浴温度后8小时测定SCOD值。在污泥热碱处理过程中，首先进行常温条件下（30）的加碱破解效果试验，然后对40、50、60、80、100温度下的热碱破解试验，在加碱试验中，操作步骤严格控制同污泥热处理相同，待广口瓶内污泥温度达到水浴温度后，用NaOH溶液（2.0 mol/L）迅速将三个广口瓶内污泥的pH值分别调节为9、10、11、12。1.4 分析项目及方法 污泥破解试验中主要以污泥上清液SCOD(溶解性化学需氧量)变化来确定效果。其中TCOD（总化学需氧量）为处理剩余污泥混合液的COD值， SCOD为破壁试样离心分离后过滤所得上清液的COD值7 。COD测定为重铬酸钾法。离心机的转数4000r/min，作用时间为20分钟。2 污泥低温热碱破壁实验效果 试验首先通过污泥加热处理、常温条件下（30）加碱处理来考察温度、碱量（即不同pH）、处理时间三个因素对细胞溶出效果的影响。所得污泥上清液SCOD增加如图1、2所示。从图1我们可以看出随着温度的逐渐升高，污泥中SCOD（24h后）溶出量增加。在污泥温度超过5080间的溶出增加明显，污泥温度在80 左右出现峰值，约为900mg/L左右，而污泥温度由80增至100时出现SCOD值变小的现象，实验中可以观察到热作用后的污泥混合液表层有一层油层浮膜产生。笔者认为SCOD溶出量减缓的原因可能是微生物细胞中溶出的一部分蛋白质发生变性，发生凝固反应产生浮膜，降低了SCOD中可溶性蛋白质含量8。 图2是在常温（30）条件下，pH10、11、12三种不同碱量处理24h过程中污泥的SCOD溶出量变化。图2显示出加碱量m和作用时间t之间的关系，在温度一定的情况下（30），不同加碱量处理的污泥SCOD曲线溶出在时间上呈现的几乎相同规律，只是具体处理水平存在差异。当污泥初始pH 12时的SCOD值为1960mg/L,较pH11增加了569mg/L。通过图2，我们可以认为碱处理8小时比较有效。8小时后的16个小时内 SCOD值增加得很少，最大的增幅只有100mg/L左右。 基于以上试验的研究，我们在其后进行的污泥低温热碱联合水解的实验中，主要选取了40、50、60、80、100几个温度段，污泥初始pH值调节为10、11、12的污泥破壁实验。实验过程中，热碱联合处理24个小时后的污泥上清夜SCOD变化如图3所示。通过图3我们可以得到在污泥水解过程中热碱联合处理的意义。当热碱联合作用后，其SCOD增加值远远高于单纯加热和加碱作用二者之和，投加相同碱量时，在3080内，污泥上清液的SCOD溶出随着污泥预处理温度的升高而出现大幅度增加，pH10、 pH11、pH12的污泥试样在100时的SCOD值达到分别2770mg/l、3880mg/l、4258mg/l，是污泥常温下（30）加碱分解溶出SCOD值的4倍、3.5倍、2.5倍，而当温度高于80时，同样出现污泥单纯热处理的现象，也出现SCOD值变化减缓的现象。在温度相同的条件下，由图可以看出，随着pH值的升高，污泥上清液SCOD值也升高，即增加污泥中碱的投加量可以提高污泥水解程度，笔者认为加碱溶解了生物细胞体的脂类物质，降低了污泥中生物细胞壁对温度的耐受力，促使细胞生物体内含物的流出，为加速厌氧消化进程或者回流曝气池处理提供了良好的条件，可以达到污泥减量化的目的。3 结论生物细胞内所含有有机质的溶出对于污泥的减量化和稳定化处理有着直接的影响，是一种很有应用前景的技术手段，在国外被广泛的研究。作为初步的研究，我们通过以上试验可以得知： 在较低的温度（100）作用下，可以获得一定