印染廢水處理方法研究

余紅霞, 李瑞陽, 劉 蓓, 陳 雪, 郁鴻凌

(上海理工大學 能源與動力工程學院,上海 200093)

印染廢水處理方法研究

余紅霞, 李瑞陽, 劉 蓓, 陳 雪, 郁鴻凌

(上海理工大學 能源與動力工程學院,上海 200093)

針對印染廢水處理難度大、費用高的問題.對常州某印染廠污水處理情況進行了調(diào)查,分析了該廠印染廢水水質(zhì)、鍋爐煙氣成分以及印染工藝低溫余熱現(xiàn)狀.對不同種類的印染廢水進行低溫煙氣余熱蒸發(fā)處理及利用煙氣中和堿性廢水的方法處理.此方案可使廢水的質(zhì)量濃度提高約13%,每小時可處理廢水量約27 000 t,同時使廢水pH降至7～9.

印染廢水; 余熱蒸發(fā); 鍋爐煙氣; 能量分析; 中和處理

印染廢水排放量大,約占工業(yè)廢水總排放量的35%,且印染廢水的pH值高、色度深、水質(zhì)變化大,若直接排放則對環(huán)境保護造成很大的威脅.目前,處理印染廢水的方法主要有物理法、化學法、生物法和堿減量法[1],各種方法都有其自身的優(yōu)缺點,但總體存在除廢水力度低、費用比較高等特點.

本文針對印染廢水難處理、高投資的特點,提出了采用燃煤鍋爐煙氣中和染色廢水以及利用鍋爐煙氣余熱蒸發(fā)退漿廢水和堿減量水洗廢水,達到以廢治廢的目的.

1 印染廢水性質(zhì)及鍋爐煙氣成分分析

1.1 印染廢水水質(zhì)分析

不同的纖維種類和加工工藝的印染廢水污染物的組分會有差異.現(xiàn)對常州某印染廠的廢水樣品進行檢測分析,廢水水質(zhì)數(shù)據(jù)如表1所示.其中,SS表示固體懸浮物質(zhì)量濃度,CODcr指化學需氧量.

從表1可知,pH值比較高的廢水主要來自退漿、染色及滌綸仿真堿減量工藝,排水量較多的主要集中在冷水洗和染色階段.根據(jù)廢水的pH,SS及CODcr值的不同,對廢水進行分質(zhì)分級處理.其中,較難處理的污水采用鍋爐煙氣中的酸性氣體中和廢水中的堿性物質(zhì)以及利用印染工藝流程中的低溫余熱蒸發(fā)廢水的方法,回收冷凝水使廢水得到重新利用;色度低、質(zhì)量濃度小的污水可采用傳統(tǒng)的工藝方法處理;處理后的廢水通過高溫蒸汽冷凝水回收管網(wǎng),使蒸汽得到重復(fù)利用.

表1 印染廢水數(shù)據(jù)統(tǒng)計表Tab.1 Data statistics of the dyeing wastewater

1.2 印染工藝低溫余熱的能量分析

通過對該印染廠印染工藝進行分析,可知印染企業(yè)每種工藝的低溫余熱來源、數(shù)量、品質(zhì)等，如表2所示.

Qxi=ρV(h1-h2)

(1)

式中:Qxi為流體流過換熱器所具有的最大換熱量;ρ為工藝的循環(huán)密度;V為循環(huán)廢氣體積;h1為循環(huán)廢氣進口焓;h2為循環(huán)廢氣出口焓.

(2)

λ=Ex/E

(3)

印染工藝流程中低溫余熱分析計算結(jié)果如表2所示.

表2 印染低溫余熱統(tǒng)計表Tab.2 Statistics of the low temperature waste heat by printing and dyeing

從表2可知,燃煤鍋爐的煙氣和染色排水不僅熱量高而且能級高,可加以利用;預(yù)定型、烘干定型和印花烘燥工藝排出的廢氣,雖然廢氣的流體體積大、熱量高,但能級低,比熱容較小,余熱沒有回收價值;在生產(chǎn)過程中,還原水洗和熱水洗工藝只是排出水洗槽中的水洗水,沒有回收價值.

2 印染廢水處理方案

2.1 污水蒸發(fā)處理

利用鍋爐煙氣余熱蒸發(fā)退漿廢水和堿減量水洗廢水,回收冷凝水使廢水重新被利用.該廠煙氣量為13 000 m3/h,蒸汽鍋爐燃燒產(chǎn)生的廢氣溫度為220 ℃,比熱容為1.102 kJ/(kg·℃).采用翅片式換熱器給廢水加熱,出口煙氣溫度為140 ℃,比熱容為1.074 kJ/(kg·℃);平均比熱容Ca=1.088 kJ/(kg·℃),煙氣平均溫度在180 ℃時的密度ρ=0.788 4 kg/ m3,煙氣放熱量

Q=CaρVΔt

(4)

式中,Δt為煙氣進出口溫差.

得到煙氣放熱量Q=8.92×105kJ/h.

若一天按24 h計算,則煙氣每天的放熱量QF=2.14×107kJ.

冷源為40 ℃的退漿廢水和堿減量水洗廢水,廢水的焓值h1=167.54 kJ/kg,100 ℃時蒸汽的焓值hg=2 675.57 kJ/kg.

根據(jù)閃蒸原理,使印染廢水在壓力驟變的情況下蒸發(fā)得到飽和蒸汽.在滿足印染企業(yè)退漿工藝和堿減量工藝溫度的需求下,采用單效蒸發(fā)器蒸發(fā)廢水,取熱利用率ε=0.8,則印染廠一天的廢水蒸發(fā)量

m=Q/(hg-hl)ε=6.826 t/d

(5)

通過分析可知,利用煙氣加熱蒸發(fā)污水,每天可回收6.826t的低壓蒸汽,退漿廢水和堿減量水洗廢水的質(zhì)量濃度由原來的30%提高到了42.7%.

2.2 煙氣中和處理污水

傳統(tǒng)印染廢水的處理方法需要投入大量的酸性液體中和堿性廢水,處理過程繁瑣,投資量大且很難達到國家排放標準.由于燃煤煙氣是呈酸性的氣體,通過泵將呈堿性的工業(yè)廢水輸送到鍋爐濕式除塵塔頂部,并沿噴射裝置噴淋,使廢水產(chǎn)生霧化效果,與鍋爐煙氣進行最大程度的接觸中和,從而降低廢水的pH值[4-5].與此同時,可以起到燃煤煙氣鍋爐脫硫、除塵的作用.此方案不僅可以降低處理廢水、煙氣的成本,還能使廢熱重新得到利用,達到節(jié)能減排的目的.

該印染廠的鍋爐采用1 200萬kcal (1 kcal=4.184 kJ)煤粉導(dǎo)熱油作為熱源,燃燒后的煙氣成分主要有SO2,NOx,NO,CO及CO2.其中,煙氣含量為13 000 m3/h,SO2質(zhì)量濃度為310 mg/m3,NOx質(zhì)量濃度為314 mg/m3,NO質(zhì)量濃度為205 mg/m3,CO質(zhì)量濃度為153 mg/m3,CO2的體積分數(shù)為16.7%.

煙氣中SO2和NO2溶于水后可與堿發(fā)生反應(yīng),部分CO2會溶于水,CO和NO難溶于水.燃煤煙氣中NOx的比例高達95%,碳酸根的酸性弱于亞硫酸根,堿性印染廢水和酸性煙氣中和的化學反應(yīng)方程式為[6]

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

由式(6)可知,處理13 000 m3/h 的煙氣量,需要121 mol質(zhì)量濃度為310 mg/m3的SO2.表3為燃煤煙氣中和不同程度堿性廢水所需廢水量.

表3 煙氣中和印染廢水所需廢水量Tab.3 Wastewater quantity required for the neutralization of the wastewater with the flue gas

由表3可知,當煙氣硫化物和污水堿性物質(zhì)完全反應(yīng)時,每小時所需高溫印染廢水約2 445 t,即每天可處理高溫廢水58 680 t,每小時所需一般廢水為24 200 t,即每天可處理一般廢水580 800 t,pH值可降至7～9.此外,由于印染工藝流程中產(chǎn)生的含堿性物質(zhì)的廢水不能滿足煙氣脫硫的要求,因此,在廢水中加入一定比例的CaCO3或CaO,制成脫硫漿液[3],作為燃煤鍋爐的脫硫劑使用,降低煙氣脫硫系統(tǒng)的鈣化比,達到節(jié)水環(huán)保的目的.

3 結(jié) 論

a. 介紹了能量分析的3種方法及其特點,得到了余熱回收的評價指標,為后續(xù)分析印染工藝設(shè)備用能系統(tǒng)的合理性打下了基礎(chǔ).

b. 提出了利用鍋爐煙氣余熱蒸發(fā)退漿廢水和堿減量水洗廢水,回收冷凝水的方案.對鍋爐煙氣及印染廢水進行熱平衡分析,計算得到煙氣每天的排放量為2.14×107kJ,每天可用于回收6.826 t的低壓蒸汽,使退漿廢水和堿減量水洗廢水的濃度提高12.7%.若計算得到的煙氣利用率按80%來計算,則每年可節(jié)約5 123.7 t的標煤,每噸標煤按800元來計算,則每年可節(jié)省4 098 960元[7-8].

c. 提出了利用燃煤煙氣中的酸性氣體中和堿性廢水的方案.經(jīng)過計算分析,利用流量為13 000 m3/h的煙氣,每天可以中和高溫印染廢水58 680 t,一般廢水580 800 t,pH值可降至7～9.此外,煙氣SO2去除率達85%以上,煙塵去除率達97%～98%,每年可減少中和硫酸207.75 t,約8.1萬元.

在印染工藝流程中,對蒸汽余熱進行最大化回收利用,以及工藝廢氣和廢水處理過程中更加準確地掌握其物性特點及所用能量比例,這兩點是印染工藝流程中有效合理用能亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題.

[1] 甕亮,吳贊敏,李洪霞.印染廢水的處理方法及進展[J].印染助劑,2005,22(11):7-10.

[2] 沈維道,童鈞耕.工程熱力學[M].北京:高等教育出版社,2007.

[3] 吳勃,王偉東.煤化工廢水零排放處理方法研究[J].應(yīng)用能源技術(shù),2013(3):1-4.

[4] 劉精今,牛秋雅.印染廢水與煙氣脫硫聯(lián)合治理技術(shù)[J].節(jié)能與環(huán)保,2002(6):30-31.

[5] 王益靜.印染行業(yè)廢水余熱回收[J].科學之友,2011(24):152-153.

[6] 王毅霖,楊雪瑩,張曉飛,等.污水“零排放”技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].綠色科技,2014(8):189-191.

[7] 朱和林,來東奇.印染廢水處理及回用工程實例[J].印染,2017(7):35-38.

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(編輯:石 瑛)

Printing and Dyeing Wastewater Processing Method

YU Hongxia, LI Ruiyang, LIU Bei, CHEN Xue, YU Hongling

(SchoolofEnergyandPowerEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)

The printing and dyeing wastewater treatment is difficult and costly.The wastewater treatment of a dyeing factory in Changzhou was investigated,and the water quality of the printing and dyeing wastewater,the composition of the boiler flue gas and the status of the low temperature waste heat of the dyeing and printing process were analysed.Different types of printing and dyeing wastewater were treated by using the low temperature flue gas heat by evaporation and also the flue gas to neutrailze the alkaline wastewater.This scheme can deal with about 27 000 t wastewater per hour,improving the mass concentration of wastewater by about 13% and reducing the wastewater pH value to 7～9.

printinganddyeingwastewater;residualheatevaporation;boilerfluegas;energyanalysis;neutralizingtreatment

1007-6735(2017)04-0320-03

10.13255/j.cnki.jusst.2017.04.003

2016-10-06

余紅霞(1991-),女,碩士研究生.研究方向:節(jié)能技術(shù).E-mail:708944823@qq.com

郁鴻凌(1953-),男,教授.研究方向:熱能工程和節(jié)能技術(shù).E-mail：yuhongxia16@126.com

TK 11

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