染色廢水處理工程及工藝分析

1、染色廢水處理工程及工藝分析1 工程概況 1.1 處理規(guī)模及水質(zhì)本文介紹的兩項工程為青島即墨針織有限公司和藤華染色有限公司廢水處理工程，前者規(guī)模3000m3/d，后者規(guī)模2400m3/d。兩家公司都生產(chǎn)純棉針織品，主要污染物來源可分為兩大類：一類是加工過程中使用的染整藥劑及各種助劑，主要包括漂白劑、染料、表面活性劑及酸、堿等，可生化性一般較差；另一類是在對織物纖維進行處理的過程中，從纖維上脫除下來的物質(zhì)，包括含氮化合物、蠟狀物質(zhì)、天然色素等，其中多數(shù)是天然有機物，可生化性較好。兩家公司廢水中主要污染物濃度及處理要求如表1所示。表1  廢水水質(zhì)項目原水水質(zhì)設(shè)計要求實際出水實際去除率（%）

2、即墨公司PH值811697.18.3BOD5（mg/L)250402092COD(mg/L)50018012076SS(mg/L)4001003092色度（倍）200808060藤華公司PH值6126978BOD5（mg/L)250251096COD(mg/L)6001004093SS(mg/L)10070496色度（倍）30040032891001.2 廢水處理工藝 即墨公司廢水處理處理工藝流程如圖1。該公司在染整車間中便將濃、稀廢水分別收集并引入污水處理設(shè)施。其中濃廢水單獨經(jīng)混凝脫色，然后與稀廢水混合處理，這樣有利于提高處理效率和降低處理費用，也符合清污分流的原則。 藤華公司廢水處理處理工

3、藝如圖2。漂白廢水先進入漂白水貯池，池中進行預(yù)曝氣脫氯。染色廢水經(jīng)集水池與漂白廢水混合后提升至水力篩，革除雜物和一部分織物纖維以后進行pH調(diào)節(jié)，然后經(jīng)調(diào)節(jié)池入曝氣池。采用推流式延時曝氣法。由于廢水中以染料為主的部分有機物生化性較差，生物氧化過程中耗氧速度不快，所以曝氣系統(tǒng)采用穿孔管曝氣。曝氣池出水經(jīng)泵提升進入壓力過濾罐，再入兩座并聯(lián)活性炭吸附塔進行脫色。飽和活性炭采用微波再生后重復(fù)使用。生化單元排出的剩余污泥直接進行絮凝脫水。1.3 處理效果及成本即墨和藤華公司兩項工程分別經(jīng)過3年和2年的實際運行，處理效果如表1所示，出水分別達到GB4287-920級和級標準，水質(zhì)長期保持穩(wěn)定。含折舊費的單位

4、處理成本分別為1.31、1.93元/m3。2 工藝分析本文通過兩項較為成功的工程實例，闡明如何根據(jù)不同的處理條件和處理要求選擇合適的工藝，以保證處理設(shè)施具備相應(yīng)的科學(xué)性和合理性。染色廢水處理的單元工藝可分為生化法和物化法兩類。生化法一直占主導(dǎo)地位，然而近年來開發(fā)的許多新型染料由穩(wěn)定的環(huán)狀有機物組成，可生化性差，所以生化方法一般脫色效果較差，比不上物化法。但在水質(zhì)條件允許的情況下，應(yīng)盡量采用生化法加物化脫色的工藝，以保證出水水質(zhì)。在國內(nèi)，染色廢水處理的生化法主要有表面加速曝氣活性污泥法和生物接觸氧化法兩種。由于資金不充裕，發(fā)達國家普遍采用的延時曝氣活性污泥法在國內(nèi)應(yīng)用很少。鑒于染色廢水的色度高、

5、許多染料的可生化性較差，因此用物化方法進行脫色較為合適。我國應(yīng)用最多的是投加混凝劑的方法，泥水的分離多數(shù)用沉淀池，也有一部分采用氣浮法。同樣因為費用原因，我國很少采用吸附法作為脫色單元，這與吸附法脫色在發(fā)達國家的普及和流行形成鮮明的對比。吸附法盡管費用高，但運轉(zhuǎn)可靠，處理效果卓著。為節(jié)約脫色費用，近年來，我國開發(fā)了多種新型脫色混凝劑，即墨工程中采用的是北京環(huán)科院研制的號脫色混凝劑?；诩茨吞偃A兩套設(shè)施的經(jīng)驗，對生物接觸氧化和延時曝氣兩種生化主體工藝以及混凝沉淀和活性炭吸附兩種脫色工藝進行對照比較。2.1 生物接觸氧化法和延時曝氣法兩種生化方法的比較見表2。表中可見，當對出水水質(zhì)要求不高(例如

6、執(zhí)行GB4287-92級標準)時，可優(yōu)先選擇接觸氧化法，以節(jié)省資金。當出水要求高且資金允許時，建議采用延時曝氣法。2.2 混凝沉淀法和活性炭吸附法兩種物化脫色工藝的比較見表3。其中混凝法管理方便，費用較低，但效果不及吸附法。而活性炭吸附水質(zhì)優(yōu)良，色度亦可降低到零，且可靠性高，但費用也比較高。當對出水色度有較高要求，尤其是要求水回用的場合，最好用吸附法。 表2兩種生化方法的工藝特點及費用比較項目接觸氧化法延時曝氣法工藝特點出水水質(zhì)良優(yōu)流程無污泥回流系統(tǒng)，較簡單有污泥回流系統(tǒng)過程控制沒有污泥膨脹現(xiàn)象，易于控制控制不好有污泥膨脹上浮現(xiàn)象負荷負荷高，污泥濃度高低負荷，長停留時間占地面積曝氣池容積相對較

7、小，但需設(shè)污泥濃縮池曝氣池容積較大污泥產(chǎn)量及處置污泥產(chǎn)量較大，污泥需進行濃縮，然后脫水污泥產(chǎn)量小，絮凝泥降性能相對好，不需濃縮，可直接脫水與后續(xù)脫色流程的組合可在二沉池前直接抽混凝劑進行脫色，簡單便易行，節(jié)省費用追求高效脫色時可用吸附法費用基建投資（元/m3）500688直接處理成本（元/m3）0.370.402.3 工藝的組合染色廢水在可生化性方面因染整生產(chǎn)狀況和條件的不同而有較大差異，只要廢水的BOD5/COD0.2，應(yīng)盡量考慮用生化法作為去除有機污染物的主要手段。為了解決生化法脫色效果差的矛盾，通常在生化法后輔以物化單元進行脫色。兩種生化單元和兩種脫色單元有四種組合方式，工藝上各有側(cè)重，

8、費用上也互不相同，其比較列于表4。即墨和藤華公司兩項工程分別采用了表4中的兩種組合，這兩種組合是四種組合中較有代表性和相對合理的，其適用的場合也有典型性。即墨的工藝在對出水水質(zhì)要求不高和資金緊缺時是很有價值的，而藤華的工藝能達到對出水高標準的要求，只是費用較高。兩項工程的費用對比列于表5。表3 兩種脫色單元工藝特點比較項目混凝法活性炭吸附法工藝特點處理效果和出水水質(zhì)良，對混凝劑種類依賴性較大優(yōu)，水質(zhì)穩(wěn)定，達標率100%基建特點土建工程量大，設(shè)備較少，占地面積大設(shè)備較多，自動化程度高，土建工程量小，占地面積小廢棄物產(chǎn)量及出路污泥量較大，脫水過程復(fù)雜，難以找到最終出路廢棄的炭可摻人燃煤中燒掉二次污

9、染可能性化學(xué)污泥處置不當容易造成二次污染活性炭再生時產(chǎn)生少量尾氣操作管理操作簡單，勞動強度小活性炭再生操作繁瑣過程控制如水量穩(wěn)定，過程控制簡便簡便費用基建投資（元/m3）277542直接處理成本（元/m3）0.460.58表4  四種工藝組合的比較工藝組合特點基建相對費用運轉(zhuǎn)相對費用應(yīng)用場合備注接觸氧化+混凝沉淀可在二沉池前投加混凝劑，從而省去混凝沉淀池，流程簡單；易于操作管理；基建費用低。不能得到高質(zhì)量的出水；污泥量大0.630.85出水執(zhí)行級標準，資金緊張在即墨工程中采用接觸氧化+活性炭吸附活性炭吸附成為出水水質(zhì)的控制步驟；接觸氧化高負荷低費用的特點不能發(fā)揮；接觸氧化出水濃度相對

10、高，造成吸附床負荷大或再生過于頻繁，操作較復(fù)雜0.850.97工藝組合不夠合理，不推薦采用延時曝氣+混凝沉淀可以得到較好的出水水質(zhì)；混凝劑投量??；設(shè)備簡單；污泥量較小。流程復(fù)雜；占地面積大；基建和動轉(zhuǎn)費用較高0.780.88出水執(zhí)行級標準；有足夠充裕的資金延時曝氣+活性炭吸附出水水質(zhì)很好；污泥產(chǎn)量很小。設(shè)備較多；基建運轉(zhuǎn)費用較高；操作管理簡單，如有活性炭再生則操作較繁瑣1.01.0出水執(zhí)行級標準；出水要求回用；資金充裕；對處理的可靠性要求高在藤華工程中采用表5  藤華和即墨工程的費用對比項目即墨工程（3000m3/d）藤華工程（2400m3/d）項目即墨工程（3000m3/d）藤華工

11、程（2400m3/d）基建投資基建投資（萬元）其中：土建費（萬元）設(shè)備費（萬元）其它（萬元）單位投資（元/m3）35020090601167470230160801950運轉(zhuǎn)費用年處理成本（萬元/a）年直接處理成本（萬元/a）單位處理成本（元/m3）單位直接處理成本（元/m3）143.5123.21.311.13169.5141.91.931.62值得指出的是，藤華工藝的出水可滿足多種場合的回用水要求，對節(jié)約水資源有重要意義，尤其適用于缺水地區(qū)。同時，水的回用對工藝的高費用可以達到一定程度的補償。熱堿促進污泥水解的試驗研究前言 中溫厭氧消化是一種使用最廣泛的城市下水道生物污泥穩(wěn)定化技術(shù)，其生物

12、學(xué)的水解被認為是制約其消化速度的階段。國外的研究認為是由于半剛性惰性物質(zhì)細胞壁妨害了細胞內(nèi)含物的溶出水解，并提出通過機械的1、加堿加酸2、氧化3、熱解4以及超聲波5等處理方式，促使細胞壁破裂，溶出生物細胞中含有的大多數(shù)有機物質(zhì)，從而加速污泥的水解過程，達到縮短消化時間，改善污泥的脫水性能，減少消化池容積，提高甲烷產(chǎn)量的目的6。但是從一些學(xué)者的研究可以看出，污泥機械破解、超聲破解的輸入能量以及運行費用較高，從節(jié)約能源角度上，日本學(xué)者平岡正勝提出并且提倡通過60低溫熱處理來增加污泥分解量7，那么從適用性的角度來看，如果存在廢熱以及廢堿可以利用時，我們是否可以通過低溫熱處理和堿的聯(lián)合處理來增加生物污

13、泥中含有的有機物溶出呢？鑒于以上目的，本文主要集中研究在低溫條件下（T100）剩余生物污泥熱處理、常溫堿處理以及加熱堿破壁的效果。1 實驗方法1.1試驗用料來源實驗所用剩余生物活性污泥取自天津大學(xué)中水回用處理反應(yīng)器。進行沉淀濃縮后，所得污泥作為實驗用料。剩余污泥主要特性指標如表1所示。（其中TCOD、SCOD說明見2.4）項目PHMLSS (mg/L)MLVSS (mg/L)TCOD (mg/L)SCOD (mg/L)數(shù)值7.42960057821023068.81.2 實驗裝置 低溫熱堿破壁的實驗裝置主要為恒溫水浴鍋、反應(yīng)容器以及磁力攪拌器組成的系統(tǒng)。如圖1所示。1.3污泥破解實驗方法 根據(jù)

14、實驗?zāi)康膶⑺膫€水浴鍋溫度分別保持在30、40、50、60、80、100四個階段，每個水浴鍋中放入三個1000ml廣口瓶，然后每個廣口瓶內(nèi)加入800ml濃縮活性污泥，并且用攪拌器連續(xù)攪拌。待廣口瓶內(nèi)污泥溫度達到水浴溫度后8小時測定SCOD值。在污泥熱堿處理過程中，首先進行常溫條件下（30）的加堿破解效果試驗，然后對40、50、60、80、100溫度下的熱堿破解試驗，在加堿試驗中，操作步驟嚴格控制同污泥熱處理相同，待廣口瓶內(nèi)污泥溫度達到水浴溫度后，用NaOH溶液（2.0 mol/L）迅速將三個廣口瓶內(nèi)污泥的pH值分別調(diào)節(jié)為9、10、11、12。1.4 分析項目及方法 污泥破解試驗中主要以污泥上清液

15、SCOD(溶解性化學(xué)需氧量)變化來確定效果。其中TCOD（總化學(xué)需氧量）為處理剩余污泥混合液的COD值， SCOD為破壁試樣離心分離后過濾所得上清液的COD值7 。COD測定為重鉻酸鉀法。離心機的轉(zhuǎn)數(shù)4000r/min，作用時間為20分鐘。2 污泥低溫熱堿破壁實驗效果 試驗首先通過污泥加熱處理、常溫條件下（30）加堿處理來考察溫度、堿量（即不同pH）、處理時間三個因素對細胞溶出效果的影響。所得污泥上清液SCOD增加如圖1、2所示。從圖1我們可以看出隨著溫度的逐漸升高，污泥中SCOD（24h后）溶出量增加。在污泥溫度超過5080間的溶出增加明顯，污泥溫度在80 左右出現(xiàn)峰值，約為900mg/L左

16、右，而污泥溫度由80增至100時出現(xiàn)SCOD值變小的現(xiàn)象，實驗中可以觀察到熱作用后的污泥混合液表層有一層油層浮膜產(chǎn)生。筆者認為SCOD溶出量減緩的原因可能是微生物細胞中溶出的一部分蛋白質(zhì)發(fā)生變性，發(fā)生凝固反應(yīng)產(chǎn)生浮膜，降低了SCOD中可溶性蛋白質(zhì)含量8。 圖2是在常溫（30）條件下，pH10、11、12三種不同堿量處理24h過程中污泥的SCOD溶出量變化。圖2顯示出加堿量m和作用時間t之間的關(guān)系，在溫度一定的情況下（30），不同加堿量處理的污泥SCOD曲線溶出在時間上呈現(xiàn)的幾乎相同規(guī)律，只是具體處理水平存在差異。當污泥初始pH 12時的SCOD值為1960mg/L,較pH11增加了569mg/

17、L。通過圖2，我們可以認為堿處理8小時比較有效。8小時后的16個小時內(nèi) SCOD值增加得很少，最大的增幅只有100mg/L左右。 基于以上試驗的研究，我們在其后進行的污泥低溫熱堿聯(lián)合水解的實驗中，主要選取了40、50、60、80、100幾個溫度段，污泥初始pH值調(diào)節(jié)為10、11、12的污泥破壁實驗。實驗過程中，熱堿聯(lián)合處理24個小時后的污泥上清夜SCOD變化如圖3所示。通過圖3我們可以得到在污泥水解過程中熱堿聯(lián)合處理的意義。當熱堿聯(lián)合作用后，其SCOD增加值遠遠高于單純加熱和加堿作用二者之和，投加相同堿量時，在3080內(nèi)，污泥上清液的SCOD溶出隨著污泥預(yù)處理溫度的升高而出現(xiàn)大幅度增加，pH1

18、0、 pH11、pH12的污泥試樣在100時的SCOD值達到分別2770mg/l、3880mg/l、4258mg/l，是污泥常溫下（30）加堿分解溶出SCOD值的4倍、3.5倍、2.5倍，而當溫度高于80時，同樣出現(xiàn)污泥單純熱處理的現(xiàn)象，也出現(xiàn)SCOD值變化減緩的現(xiàn)象。在溫度相同的條件下，由圖可以看出，隨著pH值的升高，污泥上清液SCOD值也升高，即增加污泥中堿的投加量可以提高污泥水解程度，筆者認為加堿溶解了生物細胞體的脂類物質(zhì)，降低了污泥中生物細胞壁對溫度的耐受力，促使細胞生物體內(nèi)含物的流出，為加速厭氧消化進程或者回流曝氣池處理提供了良好的條件，可以達到污泥減量化的目的。3 結(jié)論生物細胞內(nèi)所含有有機質(zhì)的溶出對于污泥的減量化和穩(wěn)定化處理有著直接的影響，是一種很有應(yīng)用前景的技術(shù)手段，在國外被廣泛的研究。作為初步的研究，我們通過以上試驗可以得知： 在較低的溫度（<100）作用下，可以獲得一