一種蠟防印染廢水處理工藝的設(shè)計及運行

吳 敏，周俊強，何明成，陳小珍

(1.宜興市環(huán)境監(jiān)測站，江蘇 宜興 214200;2.許繼聯(lián)華國際環(huán)境工程有限責(zé)任公司，北京 100085)

蠟染是一種古老的印染技藝，千百年來經(jīng)久不衰［1］。由于蠟防印花布的生產(chǎn)工藝流程較長，使用了大量松香，但松香的回收利用率低，會隨堿洗、水洗排入廢水中，使該廢水具有成分復(fù)雜、生物難降解物多、脫色困難等特點［2］。目前國內(nèi)針對該類廢水的處理工藝通常采用“水解酸化+好氧氧化”，但因廢水中含有大量松香以及一種化學(xué)結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定的暫溶性鈷酞菁染料(酞菁藍(lán)IBN)，通過簡單預(yù)處理設(shè)施根本無法去除［3-4］。該物質(zhì)進(jìn)入水解酸化系統(tǒng)后粘附在填料上，嚴(yán)重影響生物膜形成，致使整個處理工藝無法達(dá)標(biāo)排放，甚至癱瘓。

研究發(fā)現(xiàn)，蠟防印花技術(shù)生產(chǎn)過程主要產(chǎn)生3股廢水，其中僅冷退蠟廢水中含有大量松香，利用松香鈉在酸性條件下(pH≈3.5)可分解為不溶于水的松香微小懸浮物［5］，然后采用自然沉淀法及氣浮設(shè)備可回收大部分松香，因此，如對蠟防印花技術(shù)中產(chǎn)生的大量廢水進(jìn)行分類處理、清濁分流，則既可以大大節(jié)約成本，又可以提高松香回收效率;脫色是印染廢水處理的另一大難題，尤其在蠟防印染廢水中含有酞菁染料，僅靠水解酸化技術(shù)根本無法實現(xiàn)脫色，因此，在處理工藝中增加脫色效果好的微電解池，可以大大提高脫色效率［6］。本文提出在以生化工藝為主的處理基礎(chǔ)上采用“生產(chǎn)廢水分流預(yù)處理+微電解+水解酸化+接觸氧化+活性炭脫色”的組合處理工藝，實現(xiàn)了蠟防印染廢水處理的穩(wěn)定運行及達(dá)標(biāo)排放。

1 工藝設(shè)計

1.1 設(shè)計水量及進(jìn)出水水質(zhì)

本工程處理的總污水量:6 000 m3/d(按250 m3/h設(shè)計)。根據(jù)清濁分流、分類處理的原則，具體水量分布如下:冷熱退蠟廢水1 440 m3/d，印蠟和蠟染廢水320 m3/d，合計1 760 m3/d，按2 200 m3/d設(shè)計;網(wǎng)印(含漿房廢水)、印花布洗水、軋染、絲光、電鍍、雕刻等廢水2 100 m3/d，按2 500 m3/d設(shè)計;退漿、煮煉、漂白、絲光等廢水1 100 m3/d，按1 300 m3/d設(shè)計;進(jìn)水水質(zhì)波動較大，設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)詳見表1。

表1 工程設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

1.2 工藝流程

污水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程圖

1.3 各工藝單元設(shè)計

1.3.1 廢水預(yù)處理單元

1) 冷退蠟廢水

冷退蠟廢水預(yù)處理設(shè)施包括:蠟回收池、集水井I、初沉池、廢水調(diào)節(jié)池I、組合氣浮設(shè)備等。其中，蠟回收池設(shè)計停留時間12 h，pH控制在3.5左右，保證池中松香能夠徹底沉淀，并采用機(jī)械攪拌和人工撈渣，該股廢水漂浮物少，另外溝渠較短淺，故集水井前只設(shè)人工格柵。初沉池中廢水，還含有部分松香，因此設(shè)置2座初沉池，用管道和閥門連接，根據(jù)具體情況加酸，使殘留松香沉淀，人工定期輪換清除。平時2座初沉池都進(jìn)水，清除殘留松香時，初沉池切換使用，初沉池有效容積2×330 m3，停留時間2×3.6 h;廢水調(diào)節(jié)池Ⅰ接納初沉池來水，有效容積608 m3，停留時間6.6 h。以上構(gòu)筑物內(nèi)廢水均為酸性，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)均需內(nèi)襯玻璃鋼防腐。

預(yù)處理設(shè)施主要設(shè)備有:不銹鋼人工粗格柵1臺;液下泵排污泵100YW100-38-22，4臺，1用3備;立式離心泵SLS80-125A，4臺，材質(zhì)不銹鋼，2用2備;壓力溶氣氣浮2套，單套處理量為60 m3/h。

2) 網(wǎng)印、雕刻等廢水

網(wǎng)印、雕刻廢水來源較多且溝渠深長，因此配備人工和機(jī)械2道格柵，格柵渠設(shè)計尺寸為:3.5 m×0.7 m×1.5 m，因廢水為堿性，故廢水管道均可采用碳鋼管道，節(jié)約成本;廢水調(diào)節(jié)池Ⅱ接納集水井Ⅱ的廢水，有效容積709 m3，停留時間 6.8 h。

以上預(yù)處理設(shè)施設(shè)備包括:不銹鋼人工粗格柵1臺;XGS500型細(xì)格柵機(jī)1臺，為自動旋轉(zhuǎn)式格柵，操作方便，運行維護(hù)簡單，不銹鋼材質(zhì)耐用美觀;液下排污泵150YW150-28-22，2臺，1用1備;立式離心泵SLS80-125A，4臺，2用2備。

3) 退漿、煮煉等廢水

該股廢水預(yù)處理設(shè)施僅包括:集水井III和調(diào)節(jié)池III，廢水水質(zhì)較好，為堿性，因此格柵渠中僅設(shè)置不銹鋼人工格柵1臺;集水井III設(shè)置液下排污泵65YW50-32-11，2臺，1用1備;調(diào)節(jié)池III有效容積412 m3，停留時間7.6 h;設(shè)置立式離心泵SLS65-125A，4臺，2用2備，以上水泵均采用自動控制，無人職守，分別配備液位控制器，運行操作方便，3個調(diào)節(jié)池中均設(shè)置空氣攪拌裝置，保證廢水均質(zhì)均量。

1.3.2 微電解及一沉池處理單元

微電解污水處理技術(shù)屬于水污染防治工程領(lǐng)域中的新技術(shù)，本工程微電解池的設(shè)計水量為4 800 m3/d，填料容積負(fù)荷3.6 kgCODCr/(m3·d)，總水力停留時間6 h，設(shè)為2組并聯(lián)，有效池容2×600 m3，建筑尺寸12 m×10 m×5.5 m，有效水深5.0 m，池體結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土且內(nèi)襯玻璃鋼防腐。池內(nèi)投加150 t 60～80目的廢鐵屑和35 t柱狀活性炭，F(xiàn)e/C=4.3。一沉池設(shè)計為2組并聯(lián)，其前部設(shè)計進(jìn)水混合和pH調(diào)節(jié)池，單池水量125 m3/h。采用輻流沉淀池，表面負(fù)荷設(shè)計為1.00 m3/(m2·h)，直徑為12 m;有效沉淀時間1 h，建筑尺寸Φ12 m×4.0 m，周邊水深3.5 m。

微電解池配套設(shè)備包括:pH在線儀、加酸設(shè)備、曝氣設(shè)備、硫酸儲罐，其中3L42WD型羅茨風(fēng)機(jī)2臺，1用1備，風(fēng)量15.85 m3/min，升壓58.8 kPa，可兼顧廢水調(diào)節(jié)池、pH反應(yīng)池的供氣攪拌，增加了對鐵屑的攪動，減少了結(jié)塊的可能性，且進(jìn)行摩擦后，利于去除鐵屑表面沉積的鈍化膜，減弱濃差極化，加速電極反應(yīng)的進(jìn)行，增加出水的絮凝效果。微電解工藝運行20 d左右后，用稀鹽酸對填料進(jìn)行浸洗活化2～3 h。

一沉池配套設(shè)備包括:pH在線儀;加堿或酸設(shè)備;CG-C/12型周邊傳動刮泥機(jī)，單臂，功率1.5 kW;SLS65-125A型排泥泵4臺，2用2備;二級廢水泵4臺，流量160 m3/h，揚程12.5 m。

1.3.3 水解酸化、接觸氧化及二沉池單元

本工程接觸氧化和水解酸化池共壁建設(shè)，同為2組并聯(lián)，單池進(jìn)水量125 m3/h，其中水解酸化池容積負(fù)荷1.8 kgCODCr/(m3·d)，有效容積為3 000 m3，停留時間為12 h，有效水深5.5 m。單格建筑尺寸8.3 m×8.0 m×6.0 m，每組為4格;接觸氧化池設(shè)計容積負(fù)荷0.36 kgBOD/(m3·d)，有效容積為3 000 m3，停留時間為12 h，有效水深5 m，單格建筑尺寸9.3 m×8.0 m×5.5 m，每組為4格。

本工程設(shè)計輻流二沉池2座并聯(lián)，沉淀池前部均設(shè)一混凝反應(yīng)池，單池進(jìn)水量125 m3/h，表面負(fù)荷0.7 m3/(m2·h)，直徑為15 m，有效沉淀時間2.5 h，尺寸Φ15 m×4.5 m，周邊水深4.00 m。

配套設(shè)備包括:潛水?dāng)嚢铏C(jī)QJB4.0/6-320/3-960/S，8臺，功率4 kW，葉輪直徑320 mm;厭氧填料1 600 m3，填料層高3 m;3L52WD型羅茨風(fēng)機(jī)4臺，2用2備;進(jìn)口管式微孔曝氣器720只，￠80，L=1 000 mm;好氧填料1 800 m3，填料層高3 m;CG-C/15型周邊傳動刮泥機(jī)2臺，單臺功率1.5 kW;SLS80-125型排泥泵4臺，2用2備;溶藥設(shè)備2套;計量加藥泵4臺，2用2備。

1.3.4 活性炭脫色及排放監(jiān)測單元

活性炭脫色池可去除水中用常規(guī)處理工藝難以去除的某些有機(jī)或無機(jī)污染物，確保出水達(dá)標(biāo)。如果監(jiān)測池出水未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，則需啟動活性炭脫色池，再進(jìn)一步進(jìn)行深度處理后排放。設(shè)計活性炭脫色池2座。設(shè)計水量為6 000 m3/d，有效容積為135 m3，停留時間為1.1 h，單座尺寸5 m×6 m×5 m，有效水深4.5 m;活性炭脫色池后設(shè)排放監(jiān)測池1座，給活性炭脫色池提供反沖洗水，有效容積為50 m3。

配套設(shè)備:柱狀活性炭70 t;反洗水泵3臺，流量300 m3/h，揚程22 m，功率22 kW，2用1備。

1.3.5 綜合車間單元

綜合車間是污水處理廠綜合性配套建筑，包括了儲泥池、脫水機(jī)房、加藥間、生化鼓風(fēng)機(jī)房、配電室、污泥脫水機(jī)房、主控室、化驗室、辦公室、預(yù)處理風(fēng)機(jī)房。

1)設(shè)計污泥濃縮池1座，采用重力濃縮，氣浮浮渣、一沉池污泥和二沉池污泥均進(jìn)入濃縮池。濃縮池建筑尺寸為8 m×6 m×5 m，有效容積216 m3，有效水深4.5 m，超高0.5 m，配套設(shè)置上層液體排放管。

2)本著經(jīng)濟(jì)適用，故障率低的原則，本工程選用了廂式壓濾機(jī)作為脫水設(shè)備，機(jī)房中設(shè)置XM120/1250-UB型廂式壓濾機(jī)，過濾面積120 m2，功率3 kW;并配置G105-2單螺桿泵3臺，流量42 m3/h，揚程80 m，功率15 kW，2用1備。

3)經(jīng)壓濾干化的污泥，集中收集后委托本地有資質(zhì)的單位進(jìn)行焚燒處理，無焚燒處理能力的地方委托有資質(zhì)單位進(jìn)行填埋處理。

1.4 各工藝停留時間

各工序反應(yīng)停留時間如表2所示。

表2 各工序反應(yīng)停留時間

2 工藝設(shè)計特點

2.1 引入生產(chǎn)廢水分類處理理念

蠟染印花需經(jīng)過多道加工工序，所以不同工序廢水的顏色、組分不同。這些廢水混合在一起，給回收和處理造成很大困難，尤其是回收蠟中帶有大量雜質(zhì)且顏色極深，所以要對真蠟印花廢水進(jìn)行分類回收，分類處理。分類的原則是深色廢水與淺色廢水分開，含蠟量高的廢水與含蠟量低的廢水分開，含堿高的廢水與不含堿的廢水分開。根據(jù)生產(chǎn)實際情況，應(yīng)將分流后的廢水分別建立獨立管道，分類處理。如直接將蠟防印染工藝所有工段廢水混合后進(jìn)行集中處理，不僅大大增加了綜合處理的負(fù)擔(dān)，難以實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，且無任何經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 提出含蠟廢水源頭回收利用

蠟染印花工藝中冷退蠟廢水，呈堿性且含有大量可溶性松香鈉鹽，回收松香時可通過酸處理使可溶的松香鈉鹽變?yōu)椴蝗苡谒乃上阄⑿腋∥铮缓蟛捎米匀怀恋矸ㄊ够厥找褐械乃上愦蟛糠帜鄄⒊恋?，?jīng)過一定時間的沉積，即可回收廢水中大部分松香蠟，該方法處理印染廢水中的蠟，設(shè)備投入少，操作簡單方便，但處理后廢水中的蠟含量仍較高，需進(jìn)一步處理，因此本工程在蠟回收后增設(shè)初沉池及壓力溶氣氣浮設(shè)備，進(jìn)一步出去廢水中的松香蠟，既減輕后續(xù)處理工藝的運行負(fù)荷，又實現(xiàn)了松香的最大化回收。

2.3 引入微電解處理工藝

微電解污水處理技術(shù)是將傳統(tǒng)的吸附過程與電化學(xué)過程相結(jié)合的一種新型水處理技術(shù)。微電解技術(shù)利用鐵—碳粒料在電解質(zhì)溶液中腐蝕形成的微電解過程來處理廢水，在一定條件下，廢水經(jīng)微電解反應(yīng)后產(chǎn)生了大量的新生態(tài)［H］和Fe2+，具有很高的化學(xué)活性，能與廢水中的許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，破壞某些有機(jī)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，使廢水中某些不飽和發(fā)色基團(tuán)的雙鍵斷裂，使發(fā)色基團(tuán)破壞而去除色度。同時，使某些難生化降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成易生化處理的物質(zhì)，提高廢水的可生化性。具有脫色率高、維護(hù)工作量小、運行成本低等特點。因此在可生化性低、色度高的印染廢水處理工藝中增加微電解池是非常必要的。

2.4 采用水解酸化及接觸氧化生化處理工藝

水解酸化+接觸氧化系統(tǒng)運行效果良好，廠區(qū)排放的廢水通過水解酸化階段，在較短的水力停留時間內(nèi)，將水中難降解的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化成小分子有機(jī)物，無能耗的條件下將有機(jī)物大部分降解，并可以避免產(chǎn)生厭氧過程，避免生成二次污染物―沼氣;在通過后續(xù)接觸氧化階段，廢水COD去除率可達(dá)80%以上，具有處理效果穩(wěn)定、投資省、維護(hù)方便等特點。

2.5 增加活性炭脫色工藝，確保達(dá)標(biāo)排放

考慮到一旦來水水質(zhì)波動較大，沖擊負(fù)荷會對生物系統(tǒng)造成破壞，影響出水水質(zhì)，在工藝處理流程的末端設(shè)置了活性炭吸附池，以進(jìn)一步吸附有機(jī)物，實現(xiàn)污染物質(zhì)的去除，確保出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 處理效果及達(dá)標(biāo)情況

通過對本臘防印染廢水組合處理工藝在實際工程中的檢測發(fā)現(xiàn)，該處理工藝廢水出水水質(zhì)穩(wěn)定在COD≤50 mg/L、BOD≤20 mg/L、稀釋倍數(shù)≤40倍，且優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)，其詳細(xì)水質(zhì)如表3所示;同時本處理工藝一沉池和二沉池剩余污泥及氣浮浮渣均排放至污泥濃縮池，濃縮處理后含水率約為97% ～99%，在通過廂式壓濾機(jī)進(jìn)一步脫水處理后，泥餅含水率穩(wěn)定在80%左右，又因為印染廢水中懸浮物含量較低僅為250～350 mg/L，生化工藝中污泥濃度處于較低水平(3 000 mg/L)，平均排泥量較少，污泥中不含重金屬等有害物質(zhì)，泥餅可不再做進(jìn)一步干化處理，委托當(dāng)?shù)赜匈Y質(zhì)的企業(yè)做焚燒或填埋處理。

表3 各單元有機(jī)污染物進(jìn)出水指標(biāo)及生化去除率

4 結(jié)語與建議

1)采用以“預(yù)處理+微電解+水解酸化+生物接觸氧化+活性炭脫色”為主的處理工藝處理蠟防印染廢水，對CODcr、BOD5、色度、SS的去除率均在90%以上，處理出水優(yōu)于《太湖區(qū)域城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要污染物排放限值》(DB32/1027-2007)，該工藝在印染廢水處理中具有較好的應(yīng)用前景。

2)本工藝中將二沉池中的沉淀污泥(主要是脫落的生物膜)回流至水解酸化池，這樣能夠提高解酸化反應(yīng)的效果，并可減輕污泥處理的工作，因此，該工藝的剩余污泥產(chǎn)生量小，可以減小污泥濃縮脫水的構(gòu)筑物和設(shè)備。

3)本廢水處理系統(tǒng)，針對蠟防印染廢水的生產(chǎn)特性，對該生產(chǎn)廢水采取分流處理，在冷退蠟車間廢水中增設(shè)蠟回收池、初沉池以及組合氣浮設(shè)備，單獨預(yù)處理該股廢水后在和其它生產(chǎn)廢水混合，大大減輕了預(yù)處理設(shè)施占地面積，減輕預(yù)處理及后續(xù)生化工藝負(fù)荷，提高廢水處理效率。

4)由于蠟防印染廢水中含有少量表面活性劑，曝氣池曝氣時會有較多泡沫出現(xiàn)，設(shè)計時應(yīng)采取消泡措施。

［1］陳秀芳.松香蠟染工藝的探討［J］.山東紡織科技，2004(3):14-15.

［2］李婧，劉亮，高冠道，等.蠟染印花工藝廢水處理設(shè)計及運行［J］.環(huán)境工程，2010，28(4):1-3.

［3］田忠遠(yuǎn)，王迪.水解酸化和生物接觸氧化工藝處理印染廢水探討［J］.創(chuàng)新科技導(dǎo)報，2008(22):131-132.

［4］黃天寅，何剛，費忠民，等.酞菁藍(lán)生產(chǎn)廢水處理試驗研究［J］.工業(yè)用水及廢水，2007，38(5):46-47.

［5］柳榮展，李志國，劉緒利，等.紡織染整工業(yè)廢水污染物回收與廢水處理［J］.針織工業(yè)，2004(5):117-120.

［6］姜興華，劉勇健.鐵碳微電解法在廢水處理中的研究進(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2009，35(1):26-27.