印染廢水分質(zhì)處理模式及其在改造工程中的應用

高博文，葛謙益，金鵬康，王 銳，王自元，楊梓君

（1.西安建筑科技大學，陜西西安710055；2.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安710021；3.浙江豐林染整有限公司，浙江嘉興314500）

某印染企業(yè)位于陜西省寶雞市，年印染織物約5×107m。 生產(chǎn)工藝主要有前處理（包括退漿、煮煉、漂白等工序）、染色和整理工序等，企業(yè)排放的廢水主要包括染色、水洗、絲光、堿減量和退煮漂（退漿、煮煉、漂白）廢水等。 該企業(yè)已建有處理能力為3 000 m3/d 的印染廢水處理工程， 采用混合處理模式，總投資約2 400 萬元。

該企業(yè)地處西部， 所處區(qū)域生態(tài)環(huán)境容量較小且生態(tài)環(huán)境脆弱，出水水質(zhì)執(zhí)行《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》（GB 4287—2012）表3 間接排放標準和《黃河流域（陜西段）污水綜合排放標準》（DB 61/224—2011）限值要求，這些標準較東部同類型企業(yè)排放標準更加嚴格。多年運行過程中，由于產(chǎn)能擴大和設備老化等原因，存在出水COD 和銻難以穩(wěn)定達標，且再生水處理系統(tǒng)膜易堵塞、產(chǎn)水率低和能耗偏高的問題。為保證出水穩(wěn)定達標，提高企業(yè)水重復利用率到40%〔1〕，啟動印染廢水分質(zhì)處理改建工程。

1 原有工程概況

由于企業(yè)印染工序繁多， 企業(yè)排放的工藝廢水種類和水質(zhì)也多種多樣。 原有工程將染色、水洗、絲光、堿減量和退煮漂廢水混合后，采用混凝沉淀-UASB-生物接觸氧化-氣浮組合工藝進行處理。

運行中存在以下問題：（1）堿減量廢水排入綜合調(diào)節(jié)池，對生化系統(tǒng)造成沖擊，導致系統(tǒng)微生物活性變差，系統(tǒng)最終出水COD 不能滿足《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》（GB 4287—2012）表3 間接排放標準和《黃河流域（陜西段）污水綜合排放標準》（DB 61/224—2011）限值要求，對下游園區(qū)污水處理廠達標排放產(chǎn)生了影響；（2）采用PAC 進行混凝處理，系統(tǒng)出水銻濃度超標；（3）UASB 池處理效果不理想，出水波動大， 對好氧處理單元出水水質(zhì)影響大；（4）高COD 和高鹽二級出水進入再生處理系統(tǒng)，易導致膜堵塞，降低再生系統(tǒng)產(chǎn)水率。

2 改造工程設計

2.1 設計水質(zhì)

對企業(yè)多種工藝廢水進行采樣分析， 不同工序排水水質(zhì)變化較大，因此選取典型值作為進水指標。設計進出水水質(zhì)指標見表1。

表1 西部某印染廠生產(chǎn)廢水水質(zhì)和水量特征

2.2 印染廢水處理工藝比選

2.2.1 處理模式比選

印染廢水通常具有污染物濃度高、色度深、可生化性差等特點〔2〕。 目前印染廢水多采用混合處理模式。 混合模式的優(yōu)點是具有規(guī)模效應， 一次性投資省。 但是該處理方式也存在諸多的問題， 比如將高COD 工藝廢水和低COD 廢水混合處理會使得系統(tǒng)的COD 負荷增高，后續(xù)再生回用處理成本高、回用率低〔3〕。 總體而言，印染廢水混合后處理往往會導致印染企業(yè)二級出水排放不達標， 不達標的二級出水進到RO 系統(tǒng)后，膜易堵塞且產(chǎn)水率不高。

分質(zhì)處理模式是根據(jù)印染廢水的性質(zhì)不同，將性質(zhì)差異較大的廢水分類收集、 分別處理的一種方法，其本質(zhì)是對廢水處理進行精細化管理，適于“優(yōu)水優(yōu)用”。分質(zhì)處理可對不同工序排水的最終去向進行優(yōu)化，減少水處理系統(tǒng)的運行負荷，從而減少構筑物體積，節(jié)省建設費用。 分質(zhì)處理還可以避免高COD 和高鹽廢水進入反滲透環(huán)節(jié)，有利于減少膜污染，提高產(chǎn)水率〔3〕。 此外，將高濃度廢水分質(zhì)處理，可以避免對微生物的活性產(chǎn)生影響， 提高廢水的可生化性〔4〕。 經(jīng)過多次論證后，該企業(yè)印染廢水改造工程采用分質(zhì)處理模式進行處理。

2.2.2 堿減量和退煮漂廢水分質(zhì)處理的優(yōu)勢

很多文獻對印染廢水的分質(zhì)處理工藝進行了研究。針對印染廢水分質(zhì)處理，有文獻報道水洗廢水現(xiàn)場分質(zhì)處理回用，具有節(jié)能、減少循環(huán)時間的優(yōu)點〔5〕，優(yōu)先處理并回用處理難度較低、 水量較大和具有就近利用優(yōu)勢的水洗廢水， 歐美國家很多研究者進行了廣泛的研究〔6-7〕。 周律等〔8〕建立了企業(yè)級數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，對印染廢水進行分類排放與回收來實現(xiàn)水資源調(diào)度，進行了廢水資源管理研究。

但是，西部印染企業(yè)除染色廢水和水洗廢水外，還有堿減量工藝廢水。 堿減量廢水是印染工業(yè)排放的一種水量小、堿性強、COD 高且難降解的廢水，當其與一般印染廢水混合處理時， 往往會因為廢水中的對苯二甲酸鈉對微生物的抑制作用導致出水水質(zhì)不達標〔9〕。 退煮漂工序排水中主要含有生物退漿酶和生物精煉酶助劑，COD 和堿性偏高。 表1 結果顯示， 堿減量廢水和退煮漂廢水水量占比僅為22%，但是其COD 貢獻率占比達到了69.2%，由此可見兩者為有機污染物的主要來源。另一方面，堿減量廢水中銻質(zhì)量濃度為0.61 mg/L，其他工序排水中銻基本未檢出。由此可見，該企業(yè)排放廢水中的銻主要源于堿減量工序。 沈雅琴等〔10〕研究了堿減量廢水單獨收集處理后和其他廢水混合再處理的方式， 但該方法對銻的處理工序缺少介紹。

資料表明， 印染行業(yè)所產(chǎn)生的堿減量廢水生化性差，B/C 僅為0.2 左右〔11〕。其次，堿減量廢水的特征產(chǎn)物-對苯二甲酸含量大， 其由穩(wěn)定結構的苯環(huán)組成，所以普通的化學方法很難將其打開。基于以上分析， 提出將堿減量廢水和退煮漂廢水與其他印染廢水分質(zhì)處理，并將這2 種廢水簡稱為高濃度廢水；其他工藝廢水進行混合后的廢水簡稱為低濃度廢水。

2.2.3 UASB 改建的可行性

原有工程建設有D 14 m×15 m 的UASB 池2座，HRT 為36 h，由于HRT 不足，導致UASB 出水變化較大，給后續(xù)好氧池穩(wěn)定出水帶來影響?，F(xiàn)場測試還發(fā)現(xiàn)，將高COD 的堿減量和退煮漂廢水分別按4∶6，5∶5，6∶4 的體積比混合后，不同HRT 對其可生化性提高有所區(qū)別。 當HRT 為72 h 時，高濃度廢水的可生化性提高顯著。 因此， 在改建工程中， 將原有UASB 池專用為高濃度廢水的處理， 另外新建二級水解酸化池用于處理一般印染廢水和生活污水。

2.2.4 多級臭氧氣浮深度處理的可行性

溶臭氧氣浮工藝是一種將低濃度臭氧氧化、混凝和新型溶氣氣浮有機組合起來的集成式水處理技術，在一個操作單元內(nèi)完成破乳或混凝、氧化脫色、固液分離、臭氧消毒和除色、嗅、味、進行消毒等多個過程，可以有效去除濁度、色度和藻類等〔12〕。 多級臭氧氣?。―OIF）/旁路膜（RO）技術，在獲得符合回用標準水質(zhì)回用水的情況下，具有運行費用省、操作自動化程度高和資源節(jié)約的優(yōu)點〔13-15〕。 改建工程中，共建設2 套臭氧氣浮系統(tǒng)，1 套用于高濃度廢水穩(wěn)定達標排放，另1 套用于再生水回用系統(tǒng)的深度處理，以除有機物、脫色和殺滅藻類，提高RO 系統(tǒng)產(chǎn)水率。

2.3 工藝流程

本次改建過程主要是將堿減量廢水和退煮漂廢水收集分質(zhì)處理，染色廢水、水洗廢水和其他廢水收集后集中處理，改建工程的工藝流程見圖1。

2.4 改造內(nèi)容

改造工程包括：污水收集管網(wǎng)改造、新建高濃度廢水處理系統(tǒng)、改造低濃度廢水處理系統(tǒng)、改造再生水回用系統(tǒng)、 新建水解池和多級臭氧氣浮池（DOIF處理池）等。

圖1 改建工程工藝流程

2.4.1 原有工程

原有工程中的堿減量廢水酸析系統(tǒng)、 壓濾和中和池、綜合調(diào)節(jié)池、混凝沉淀池、超濾和RO 系統(tǒng)，繼續(xù)配套使用。 低濃度廢水采用二段物化/二段生化法，第一段絮凝沉淀進行預處理，去除絮凝反應后較大的絮體及顆粒物， 以利于降低后續(xù)生物處理系統(tǒng)有機物負荷。

（1）酸析系統(tǒng)。包括加酸設備、pH 自動監(jiān)測控制裝置、匯流裝置及混合池，總占地面積10 m×6.0 m。通過投加工業(yè)H2SO4（98%）酸析出精對苯二甲酸（RTA）。 一般酸性越低析出RTA 量越大，硫酸酸析控制pH 為3～4，反應時間為20 min，酸析處理后COD 去除率為65%左右，可生化性提高，酸析混合液采用板框壓濾機進行固液分離，回收RTA，分離出壓濾液。

（2）堿減量廢水中和池。 1 座，尺寸：2.0 m×2.0 m×5.0 m，材質(zhì)為鋼砼結構，HRT 為1 h。 利用Ca（OH）2中和，析出CaSO4、Fe（OH）2、Fe（OH）3等沉淀，同時由于其混凝作用和吸附架橋作用， 去除廢水中的污染物。

2.4.2 新建工程

（1）退煮漂廢水處理單元新建中和池和混凝沉淀池各1 座。

（2）高濃度廢水處理系統(tǒng)新建調(diào)節(jié)池、接觸氧化池、豎流式沉淀池和多級臭氧氣浮池各1 座。豎流式沉淀池，1 座，尺寸為10.0 m×4.0 m×2.0 m，材質(zhì)為鋼砼結構，表面容積為1.4 m3/（m2·h），利用HBG-5 型行車式泵吸泥機，行走速度為1～2 m/min；高濃度廢水處理系統(tǒng)多級臭氧氣浮池， 設計流量為30 m3/h，臭氧投加量為2 kg/h，臭氧發(fā)生器功率為16 kW。

（3）低濃度廢水處理系統(tǒng)新建二級水解池和多級臭氧氣浮池各1 座。 低濃度廢水處理系統(tǒng)多級臭氧氣浮池，設計流量為100 m3/h，溶氣回流比為0.3，內(nèi)筒上升流速為15 mm/s、內(nèi)筒HRT 為100 s、分離室表面負荷為5 m3/（m2·h），HRT 為30 min， 進出水管流速分別為1 m/s 和0.6 m/s， 溶氣回流管流速按1.2 m/s 考慮，出水收集管流速按0.3 m/s 設計。 臭氧投加量為3 kg/h，臭氧發(fā)生器功率為24 kW。

2.4.3 改造工程

（1）污水收集管網(wǎng)改造：原有污水收集管網(wǎng)為地下式明渠結構，專用為低濃度廢水收集管線。新建管線為高濃度廢水收集系統(tǒng)， 納水來源包括堿減量和退煮漂排放的廢水。

（2）UASB 池。1 座。分為UASB 厭氧反應器進水池和UASB 反應池。進水池1 座，尺寸：6.0 m×3.0 m×3.0 m，材質(zhì)為鋼砼結構。 UASB 反應池，1 座，尺寸：D14.0×15.0 m，HRT 為72 h，反應器內(nèi)部溫度范圍為26～37 ℃，pH 為6.5～7.5，出口VFA 為300～1 000 mg/L。 采用地上圓筒式結構，外部采用保溫結構，底板及頂板、池體內(nèi)部加強。 在UASB 環(huán)節(jié)COD 去除率達70%以上，可生化性提高顯著。 由于UASB 位于低濃度廢水處理線上， 改造過程中采用超越管將高濃度廢水引入UASB 池，UASB 池出水進入新建接觸式好氧池。

（3）接觸氧化池。1 座，尺寸：6.0 m×3.0 m×4.0 m，有效水深為3.5 m，地上式鋼砼結構，采用回廊式結構。 曝氣裝置采用ZMQA-260 型高效微孔曝氣器，材質(zhì)ABS+EPDM，氧利用率為15%～20%，充氧能力為0.45～0.55 m2/個，每只曝氣頭曝氣量為2～4 m3/h，數(shù)量為20 只。利用棲附在填料上的生物膜和充分供應的氧氣，通過生物氧化作用，將污水中的有機物氧化分解，達到凈化的目的。

（4）二沉池。1 座，尺寸：8.0 m×4.0 m×2.0 m，材質(zhì)為鋼砼結構。利用HBX-5 型行車式刮泥機1 臺，材質(zhì)為水上部分A3 鋼防腐及水下部分SUS304 不銹鋼，行走速度為1～2 m/min，行走電機功率為2×1.5 kW。上清液與印染廢水經(jīng)生化處理后DOIF 深度處理的濃水混合外排， 二沉池分離出的污泥大部分泵送回瀑氣池，小部分泵送去污泥脫水工段。

（5）混凝藥劑投配系統(tǒng)。 2 套。 高濃度廢水處理系統(tǒng)，PAC 投加改為聚鐵鹽作為絮凝劑， 鐵鹽對銻混凝去除效果優(yōu)于PAC。 低濃度廢水處理系統(tǒng)中的混凝沉淀和DOIF 中的混凝劑為PAC，保持不變。

3 運行效果分析

改建后系統(tǒng)出水水質(zhì)見表2。

表2 工藝改造后出水水質(zhì)

由表2 可知， 將堿減量和退煮漂廢水分質(zhì)處理后，出水水質(zhì)滿足《紡織染整工業(yè)廢水治理工程技術規(guī)范》（HJ 471—2009S）中的漂洗和染色回用水水質(zhì)標準和《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》（GB 4287—2012）間接排放標準限值標準，一般印染廢水和生活污水經(jīng)DOIF 和RO 處理后滿足《紡織染整工業(yè)回用水水質(zhì)標準》（FZ/T 01107—2011），COD 和銻等指標均合格，企業(yè)印染廢水重復利用率提高到40%以上。

4 經(jīng)濟指標分析

該項目占地總面積約為4 300 m2，改建投資610萬元，其中基建投資350 萬元，占總投資的57%，設備及安裝費用260 萬元。 一般印染廢水處理每日電耗為4 160.3 kW·h，用電單價為1.561 元/m3，藥劑費用（含聚鐵、PAC、PAM、次氯酸鈉、氫氧化鈉）為1.82元/m3；堿減量廢水和退煮漂廢水分質(zhì)處理，運行成本單獨核算，運行費用為20 元/t；污泥處理成本為0.92 元/m3，人工費為1.6 元/m3。 綜合來講，污水處理工藝設備折舊價為0.33 元/m3， 運行總費用為32.5元/m3。 中水回用量為1 500 m2/d，每年減少COD 排放量為1 024 t。運行結果表明，該項目具有良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

5 結論

通過將堿減量廢水和退煮漂廢水分質(zhì)處理，高濃度印染廢水采用“多級臭氧氣浮/旁路膜”組合技術處理后，穩(wěn)定滿足《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》（GB 4287—2012）表3 間接排放標準和《黃河流域（陜西段）污水綜合排放標準》（DB 61/224—2011）限值要求。低濃度廢水處理后出水水質(zhì)滿足《紡織染整工業(yè)回用水水質(zhì)標準》（FZ/T 01107—2011）中的漂洗和染色回用水水質(zhì)標準， 并將一般印染廢水的重復利用率提高到了40%以上。 堿減量廢水含高濃度的對苯二甲酸和乙二醇，通過酸析，與退煮漂廢水混合后經(jīng)UASB 池和好氧池組合工藝處理， 出水COD 和銻等指標穩(wěn)定達到排放標準。 該印染廢水分質(zhì)處理系統(tǒng)， 可為印染廢水深度處理及再生水循環(huán)利用提供借鑒。