一種蠟防印染廢水處理工藝的設計及運行

吳 敏，周俊強，何明成，陳小珍

(1.宜興市環境監測站，江蘇 宜興 214200;2.許繼聯華國際環境工程有限責任公司，北京 100085)

蠟染是一種古老的印染技藝，千百年來經久不衰［1］。由于蠟防印花布的生產工藝流程較長，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雜、生物難降解物多、脫色困難等特點［2］。目前國內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結構非常穩定的暫溶性鈷酞菁染料(酞菁藍IBN)，通過簡單預處理設施根本無法去除［3-4］。該物質進入水解酸化系統后粘附在填料上，嚴重影響生物膜形成，致使整個處理工藝無法達標排放，甚至癱瘓。

研究發現，蠟防印花技術生產過程主要產生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備可回收大部分松香，因此，如對蠟防印花技術中產生的大量廢水進行分類處理、清濁分流，則既可以大大節約成本，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，僅靠水解酸化技術根本無法實現脫色，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上采用“生產廢水分流預處理+微電解+水解酸化+接觸氧化+活性炭脫色”的組合處理工藝，實現了蠟防印染廢水處理的穩定運行及達標排放。

1 工藝設計

1.1 設計水量及進出水水質

本工程處理的總污水量:6 000 m3/d(按250 m3/h設計)。根據清濁分流、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設計;網印(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設計;退漿、煮煉、漂白、絲光等廢水1 100 m3/d，按1 300 m3/d設計;進水水質波動較大，設計進出水水質詳見表1。

表1 工程設計進出水水質

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 各工藝單元設計

1.3.1 廢水預處理單元

1) 冷退蠟廢水

冷退蠟廢水預處理設施包括:蠟回收池、集水井I、初沉池、廢水調節池I、組合氣浮設備等。其中，蠟回收池設計停留時間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，故集水井前只設人工格柵。初沉池中廢水，還含有部分松香，因此設置2座初沉池，用管道和閥門連接，根據具體情況加酸，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;廢水調節池Ⅰ接納初沉池來水，有效容積608 m3，停留時間6.6 h。以上構筑物內廢水均為酸性，鋼筋混凝土結構均需內襯玻璃鋼防腐。

預處理設施主要設備有: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) 網印、雕刻等廢水

網印、雕刻廢水來源較多且溝渠深長，因此配備人工和機械2道格柵，格柵渠設計尺寸為: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，節約成本;廢水調節池Ⅱ接納集水井Ⅱ的廢水，有效容積709 m3，停留時間 6.8 h。

以上預處理設施設備包括:不銹鋼人工粗格柵1臺;XGS500型細格柵機1臺，為自動旋轉式格柵，操作方便，運行維護簡單，不銹鋼材質耐用美觀;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

該股廢水預處理設施僅包括:集水井III和調節池III，廢水水質較好，為堿性，因此格柵渠中僅設置不銹鋼人工格柵1臺;集水井III設置液下排污泵65YW50-32-11，2臺，1用1備;調節池III有效容積412 m3，停留時間7.6 h;設置立式離心泵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個調節池中均設置空氣攪拌裝置，保證廢水均質均量。

1.3.2 微電解及一沉池處理單元

微電解污水處理技術屬于水污染防治工程領域中的新技術，本工程微電解池的設計水量為4 800 m3/d，填料容積負荷3.6 kgCODCr/(m3·d)，總水力停留時間6 h，設為2組并聯，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，池體結構，鋼筋混凝土且內襯玻璃鋼防腐。池內投加150 t 60～80目的廢鐵屑和35 t柱狀活性炭，Fe/C=4.3。一沉池設計為2組并聯，其前部設計進水混合和pH調節池，單池水量125 m3/h。采用輻流沉淀池，表面負荷設計為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。

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

一沉池配套設備包括:pH在線儀;加堿或酸設備;CG-C/12型周邊傳動刮泥機，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，同為2組并聯，單池進水量125 m3/h，其中水解酸化池容積負荷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;接觸氧化池設計容積負荷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。

本工程設計輻流二沉池2座并聯，沉淀池前部均設一混凝反應池，單池進水量125 m3/h，表面負荷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。

配套設備包括:潛水攪拌機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型羅茨風機4臺，2用2備;進口管式微孔曝氣器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2臺，單臺功率1.5 kW;SLS80-125型排泥泵4臺，2用2備;溶藥設備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測單元

活性炭脫色池可去除水中用常規處理工藝難以去除的某些有機或無機污染物，確保出水達標。如果監測池出水未達到排放標準，則需啟動活性炭脫色池，再進一步進行深度處理后排放。設計活性炭脫色池2座。設計水量為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;活性炭脫色池后設排放監測池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、脫水機房、加藥間、生化鼓風機房、配電室、污泥脫水機房、主控室、化驗室、辦公室、預處理風機房。

1)設計污泥濃縮池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，配套設置上層液體排放管。

2)本著經濟適用，故障率低的原則，本工程選用了廂式壓濾機作為脫水設備，機房中設置XM120/1250-UB型廂式壓濾機，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)經壓濾干化的污泥，集中收集后委托本地有資質的單位進行焚燒處理，無焚燒處理能力的地方委托有資質單位進行填埋處理。

1.4 各工藝停留時間

各工序反應停留時間如表2所示。

表2 各工序反應停留時間

2 工藝設計特點

2.1 引入生產廢水分類處理理念

蠟染印花需經過多道加工工序，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且顏色極深，所以要對真蠟印花廢水進行分類回收，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。根據生產實際情況，應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行集中處理，不僅大大增加了綜合處理的負擔，難以實現達標排放，且無任何經濟效益。

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為不溶于水的松香微小懸浮物，然后采用自然沉淀法使回收液中的松香大部分凝聚并沉淀，經過一定時間的沉積，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，需進一步處理，因此本工程在蠟回收后增設初沉池及壓力溶氣氣浮設備，進一步出去廢水中的松香蠟，既減輕后續處理工藝的運行負荷，又實現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是將傳統的吸附過程與電化學過程相結合的一種新型水處理技術。微電解技術利用鐵—碳粒料在電解質溶液中腐蝕形成的微電解過程來處理廢水，在一定條件下，廢水經微電解反應后產生了大量的新生態［H］和Fe2+，具有很高的化學活性，能與廢水中的許多組分發生氧化還原反應，破壞某些有機物質的分子結構，使廢水中某些不飽和發色基團的雙鍵斷裂，使發色基團破壞而去除色度。同時，使某些難生化降解的物質轉變成易生化處理的物質，提高廢水的可生化性。具有脫色率高、維護工作量小、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+接觸氧化系統運行效果良好，廠區排放的廢水通過水解酸化階段，在較短的水力停留時間內，將水中難降解的大分子有機物轉化成小分子有機物，無能耗的條件下將有機物大部分降解，并可以避免產生厭氧過程，避免生成二次污染物―沼氣;在通過后續接觸氧化階段，廢水COD去除率可達80%以上，具有處理效果穩定、投資省、維護方便等特點。

2.5 增加活性炭脫色工藝，確保達標排放

考慮到一旦來水水質波動較大，沖擊負荷會對生物系統造成破壞，影響出水水質，在工藝處理流程的末端設置了活性炭吸附池，以進一步吸附有機物，實現污染物質的去除，確保出水水質達到排放標準。

3 處理效果及達標情況

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現，該處理工藝廢水出水水質穩定在COD≤50 mg/L、BOD≤20 mg/L、稀釋倍數≤40倍，且優于排放標準，其詳細水質如表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%，在通過廂式壓濾機進一步脫水處理后，泥餅含水率穩定在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，泥餅可不再做進一步干化處理，委托當地有資質的企業做焚燒或填埋處理。

表3 各單元有機污染物進出水指標及生化去除率

4 結語與建議

1)采用以“預處理+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，處理出水優于《太湖區域城鎮污水處理廠及重點工業行業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生量小，可以減小污泥濃縮脫水的構筑物和設備。

3)本廢水處理系統，針對蠟防印染廢水的生產特性，對該生產廢水采取分流處理，在冷退蠟車間廢水中增設蠟回收池、初沉池以及組合氣浮設備，單獨預處理該股廢水后在和其它生產廢水混合，大大減輕了預處理設施占地面積，減輕預處理及后續生化工藝負荷，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，設計時應采取消泡措施。

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