聯(lián)合工藝處理印染園區(qū)RO濃水工程案例分析

嚴(yán) 松 李永騰 黃春梅 吳淑娟

(廣州市佳境水處理技術(shù)工程有限公司,廣州 510730)

廣東省東莞市某印染工業(yè)園區(qū)內(nèi)入駐有企業(yè)100余家,園區(qū)企業(yè)主要從事織物印花和毛衣染色生產(chǎn),每天產(chǎn)生印染廢水6 000 m3。印花生產(chǎn)工藝包括活性印花、涂料印花和涂漿拔印[1],生產(chǎn)過程中會(huì)使用活性染料、清漿劑、尿素、固色劑等[2]。毛衣染色主要針對(duì)針織類毛(棉)服裝進(jìn)行件染操作,生產(chǎn)工藝包括前處理、染色、水洗、固色、烘干等工序,生產(chǎn)過程中會(huì)使用活性染料、酸性染料、分散染料、硫酸銨等[3]。廢水原水氨氮較高,調(diào)節(jié)池廢水氨氮濃度超過60 mg/L,廢水的電導(dǎo)率較高,達(dá)到8 000～10 000 μs/cm。環(huán)評(píng)要求在園區(qū)內(nèi)建設(shè)集中廢水處理設(shè)施,用來收集并處理各企業(yè)的生產(chǎn)廢水,其中廢水經(jīng)過處理后40%達(dá)標(biāo)排放,60%回用于車間生產(chǎn)。由于廢水電導(dǎo)率高達(dá)8 000～10 000 μs/cm,不能直接回用于車間生產(chǎn),必須經(jīng)過RO回用系統(tǒng)脫除部分鹽分后才能滿足車間生產(chǎn)用水要求。該園區(qū)RO濃水總氮較高,且總氮主要為硝態(tài)氮,濃水中的有機(jī)物多為難降解有機(jī)物,廢水色度、電導(dǎo)率高,可生化性差,采用常規(guī)的混凝及生化處理工藝進(jìn)行處理,出水難以穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 廢水的水量水質(zhì)

每天6000 m3的生產(chǎn)廢水經(jīng)過物化+生化處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求后全部進(jìn)入膜回用系統(tǒng)進(jìn)行處理,廢水回用率60%,3600 m3RO產(chǎn)水回用車間,2400 m3RO濃水經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及取樣檢測(cè),車間生產(chǎn)廢水及回用系統(tǒng)進(jìn)水主要水質(zhì)指標(biāo)見表1。排放標(biāo)準(zhǔn)主要水質(zhì)指標(biāo)限值見表2。

表1 廢水水質(zhì)

表2 排放標(biāo)準(zhǔn)主要水質(zhì)指標(biāo)限值

2 設(shè)計(jì)思路及工藝流程

廢水處理工藝流程見圖1。

圖1 廢水處理工藝流程

生產(chǎn)廢水經(jīng)過圖1所示工藝流程處理后,進(jìn)入回用系統(tǒng)。RO濃水水質(zhì)如表1所示,經(jīng)過回用系統(tǒng)濃縮后,廢水的COD升高至200 mg/L,總氮升高至35 mg/L且總氮主要為硝態(tài)氮,色度升高至80倍,遠(yuǎn)高于排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求,需要進(jìn)一步處理達(dá)標(biāo)后排放。

鑒于上述分析,本項(xiàng)目RO濃水處理采用“反硝化濾池+Fenton催化氧化+曝氣懸浮生物濾池”聯(lián)合工藝。溶解氧是反硝化效率的重要影響因素之一,需要在DO值低于0.5 mg/L時(shí)進(jìn)行反硝化才有總氮去除效果[8]。而Fenton催化氧化出水氧化還原電位還較高,DO值通常在6～8 mg/L,不適合將反硝化濾池設(shè)置在Fenton催化氧化之后。故本項(xiàng)目將反硝化濾池設(shè)置在第一道處理工藝,易于對(duì)DO進(jìn)行控制,同時(shí)可以利用廢水中少量的小分子有機(jī)物,減少反硝化的外加碳源的同時(shí),還可以降低廢水的COD,降低高級(jí)氧化的負(fù)荷、節(jié)省藥量。RO濃水處理工藝流程見圖2。

圖2 RO廢水處理工藝流程

3 主要工藝單元的設(shè)計(jì)參數(shù)及運(yùn)行效果

3.1 反硝化濾池

反硝化濾池為地上矩形鋼筋混凝土構(gòu)筑物,尺寸為20 m×5 m×5.2 m,一座4格,并列運(yùn)行,單格平面尺寸為5 m×5 m,單池過濾面積是25 m2。反硝化濾池有效容積為490 m3,內(nèi)置生物陶粒250 m3,填料層高度2.5 m,填料層底部有濾板和鵝卵石支撐層,濾速為1.0 m/h,有效水力停留時(shí)間2.5 h。濾板底部設(shè)有反沖水管,反沖強(qiáng)度12 L/m2·s,每次反沖洗15 min,反沖洗頻率為24 h進(jìn)行一次。反硝化濾池配置主要設(shè)備有:乙酸鈉加藥泵2臺(tái)(1用1備,流量400 L/h,功率0.75 kW,壓力1.2 bar);在線式溶解氧儀4臺(tái);反沖洗水泵2臺(tái)(1用1備),流量300 m3/h,揚(yáng)程12 m,功率15 kW。

3.2 Fenton催化氧化

反硝化出水COD和色度都還較高,COD濃度為150～180 mg/L,色度60～70倍,遠(yuǎn)高于排放標(biāo)準(zhǔn)要求,需進(jìn)一步進(jìn)行處理。本項(xiàng)目利用Fenton催化氧化產(chǎn)生的·OH的強(qiáng)氧化性,氧化降解廢水中的有機(jī)物,進(jìn)而去除COD和色度。

Fenton催化氧化池由加藥反應(yīng)池和混凝反應(yīng)沉淀池2個(gè)部分組成。加藥反應(yīng)池尺寸為10 m×5 m×4.8 m,分為3格。其中第一格為pH調(diào)節(jié)池,有效容積為11 m3,投加硫酸調(diào)節(jié)pH至3～4;第二格有效容積11 m3,投加催化劑FeSO4·7H2O溶液和氧化劑H2O2溶液;第三格為氧化反應(yīng)池,有效容積為200 m3,反應(yīng)時(shí)間2 h,反應(yīng)池布設(shè)曝氣穿孔管,用以曝氣攪拌,氧化反應(yīng)池內(nèi)“三布五涂”進(jìn)行防腐處理。混凝反應(yīng)沉淀池尺寸為22.5 m×5 m×4.8 m,由一個(gè)三格反應(yīng)池和一個(gè)平流式沉淀池組成。第一格反應(yīng)池投加液堿或石灰調(diào)節(jié)pH;第二、三格為絮凝反應(yīng)池,投加陰離子PAM,并加裝機(jī)械攪拌機(jī)進(jìn)行絮凝反應(yīng)。平流式沉淀池表面負(fù)荷為1.0 m3/m2·h,池內(nèi)裝有往復(fù)式桁車刮吸泥機(jī)排泥。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試結(jié)果,Fenton催化氧化的最佳反應(yīng)條件為:pH=3.5,H2O2溶液的加藥量為80 mg/L,FeSO4·7H2O投加量為360 mg/L。在此條件下,出水CODCr為70～85 mg/L,去除率約為52.8%,色度小于16倍。

3.3 曝氣懸浮生物濾池

廢水經(jīng)過Fenton催化氧化處理后,大分子難降解有機(jī)物被分解為小分子有機(jī)物,可生化性明顯提高,小分子有機(jī)物進(jìn)入曝氣懸浮生物濾池可以進(jìn)一步降解去除,從而降低廢水的COD。

曝氣懸浮生物濾池尺寸為20 m×5 m×4.5 m,一座4格,并列運(yùn)行;單格平面尺寸為5 m×5 m,單池過濾面積是25 m2;曝氣懸浮生物濾池有效容積為420 m3,內(nèi)置生物陶粒200 m3,填料層高度2 m,填料層底部有濾板和鵝卵石支撐層,下流式布水,濾速為1.0 m/h,有效水力停留時(shí)間2.0 h,設(shè)計(jì)容積負(fù)荷為0.5 kg[CODCr]/m3·d。采用微孔曝氣管進(jìn)行曝氣,曝氣強(qiáng)度4 m3/m2·h。濾板底部設(shè)有反沖水管,反沖強(qiáng)度12 L/m2·s,每次反沖洗先氣洗5 min,再汽水聯(lián)合反沖洗5 min,最后反沖水洗5 min,反沖洗頻率為24 h進(jìn)行一次,與曝氣懸浮生物濾池共用反沖水池和反沖系統(tǒng)。

曝氣懸浮生物濾池調(diào)試啟動(dòng)運(yùn)行20 d后,陶粒表面包裹一層黃褐色生物膜,掛膜完成。出水COD降至65 mg/L,NH3-N降低至0.5 mg/L,TN降至9.5 mg/L,色度小于12倍。出水明顯優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

3.4 清水池

曝氣懸浮生物濾池后設(shè)置清水池,主要用于儲(chǔ)存曝氣懸浮生物濾池出水,用以對(duì)反硝化濾池和曝氣懸浮生物濾池進(jìn)行反沖。清水池尺寸為7.5 m×5 m×4.5 m,有效容積160 m3,單格濾池交替反沖。

3.5 運(yùn)行效果

項(xiàng)目于2021年6月建成開始進(jìn)行聯(lián)動(dòng)調(diào)試與培菌,經(jīng)過1個(gè)月調(diào)試運(yùn)行后,運(yùn)行穩(wěn)定。該印染工業(yè)園區(qū)印染RO濃水經(jīng)過反硝化濾池+Fenton催化氧化+曝氣懸浮生物濾池聯(lián)合工藝處理后,出水持續(xù)優(yōu)于《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4287-2012)中表2水質(zhì)排放限值要求。近1 年來各單元運(yùn)行效果見表3。

表3 各單元運(yùn)行效果

4 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

本工程項(xiàng)目投資費(fèi)用為920元/噸,運(yùn)行費(fèi)用約為2.41元/噸水,其中外加乙酸鈉碳源和Fenton藥劑總費(fèi)用為2.1元/噸水,電耗廢水為0.01元/噸水,人工費(fèi)為0.1元/噸水,污泥費(fèi)為0.20元/噸水。在電導(dǎo)率約為20 000 μs/cm的情況下,采用“反硝化濾池+Fenton催化氧化+曝氣懸浮生物濾池”聯(lián)合工藝對(duì)RO濃水進(jìn)行處理,出水水質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

5 結(jié)論

(1)工程實(shí)踐證明,將反硝化濾池置于催化氧化之前,有利于反硝化過程溶解氧的控制。在投加外加碳源后,反硝化池溶解氧迅速降低至0.5 mg/L以下,反硝化脫氮迅速,效果穩(wěn)定。將反硝化濾池置于催化氧化之前還可以充分利用廢水中原有的可利用碳源,節(jié)省外加碳源費(fèi)用。

(2)本項(xiàng)目工程的建設(shè)和實(shí)踐表明,對(duì)于印染工業(yè)園區(qū)的RO濃水采用“反硝化濾池+Fenton催化氧化+曝氣懸浮生物濾池”聯(lián)合工藝進(jìn)行處理,最終出水COD可降至65 mg/L,總氮降至9.5 mg/L,色度12倍以下,處理效果穩(wěn)定,出水水質(zhì)持續(xù)優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

(3)本工程案例采用“反硝化濾池+Fenton催化氧化+曝氣懸浮生物濾池”聯(lián)合工藝處理印染工業(yè)園區(qū)RO濃水,運(yùn)行效果穩(wěn)定,投資和運(yùn)行費(fèi)用合理,為印染企業(yè)或印染集中園區(qū)廢水RO處理或類似濃度的廢水處理提供了很好的借鑒,具有良好推廣意義和市場(chǎng)價(jià)值。