全生化工藝處理活性染料廢水工程實例

孫慶國

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州 215400）

印染廢水排放量大、污染物種類繁多，因此處理難度大、成本高。印染廢水除了有大量殘余的染料外，還有水洗下來的各種助劑、油劑、漿料、纖維雜質(zhì)、酸、堿及無機鹽等，具有污染物成分復(fù)雜、廢水可生化性差別大、不同工藝段主要污染物種類不同的特點。隨著國家對污染控制的逐步趨嚴(yán)，印染行業(yè)亟需探尋一條針對自身行業(yè)特色，高效、節(jié)能、經(jīng)濟、實用的污水處理方法［1-2］。

某企業(yè)針對不同的生產(chǎn)工藝，在每個車間均設(shè)置獨立的集水池，污水處理采用初沉/水解酸化/好氧生化/終沉的組合工藝，又因污水處理量大而設(shè)置兩條工藝路線、技術(shù)參數(shù)完全一致的污水處理系統(tǒng)。該廢水處理工程于2018 年2 月開始土建施工，12 月開始設(shè)備安裝，2019 年3 月竣工。車間的印染廢水分為活性染料廢水和其他染料（分散染料、陽離子染料、直接染料等）廢水，系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)表明，單獨處理活性染料廢水可實現(xiàn)全生化運行，污泥產(chǎn)量極少且費用經(jīng)濟實惠；而其他染料廢水無法實現(xiàn)全生化運行，只有在初沉池、終沉池加藥的情況下才能保證污水穩(wěn)定處理至外排標(biāo)準(zhǔn)［3］。

1 工程概況

紹興市某印染廠主營化纖布、棉布染色和印花加工，使用的染料品種主要為活性染料、分散染料、陽離子染料、直接染料等。該廠出租部分生產(chǎn)車間，因此各個生產(chǎn)車間均設(shè)置獨立的集水池，企業(yè)總污水排放量為14 600 m3/d。應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求，企業(yè)投資建設(shè)了一套日處理15 000 m3印染廢水的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)置了兩條工藝路線、技術(shù)參數(shù)完全一致的污水處理線，單條處理線日處理量達(dá)7 500 m3。污水系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)如表1 所示，企業(yè)各車間實際污水排放種類及水量如表2所示。

表1 系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

表2 各生產(chǎn)車間產(chǎn)品及水質(zhì)

2 工藝設(shè)計

2.1 工藝流程

該工程采用初沉池/水解池/中沉池/好氧池/二沉池/終沉池的組合工藝，設(shè)置2 套工藝相同、技術(shù)參數(shù)一致的廢水處理系統(tǒng)，分別處理7 600 t/d 活性染料廢水（1#車間、2#車間、5#車間）和7 000 t/d 其他染料廢水（3#車間、4#車間），工藝流程如下：

2.2 主要處理單元

2.2.1 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池（水質(zhì)調(diào)節(jié)）2 座，地下式現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，單座尺寸為25 m×25 m×5 m，有效水深為4.5 m，水力停留時間為9.0 h。調(diào)節(jié)池需根據(jù)液位控制提升泵的啟停，設(shè)置投入式液位計2 套，污水需用水泵輸送至初沉池，設(shè)置端吸離心泵及配套變頻控制裝置4臺，2 用2 備，單臺Q=330 m3/h、H=24 m、P=37 kW；考慮到調(diào)節(jié)池底部容易沉積淤泥，而池底定期曝氣可替代年底人工清淤，故設(shè)置穿孔曝氣裝置2 套，污水流量計量有助于及時調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，設(shè)置電磁流量計2套，管徑DN250。

2.2.2 初沉池

初沉池（平流式）2 座，地上式現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為10 m×45 m×5 m，有效水深為4.5 m，反應(yīng)區(qū)停留時間為25 min，表面負(fù)荷為0.78 m3/(m2·h)。為保證沉淀池出水均勻分布，設(shè)置不銹鋼出水堰2 套，用于沉淀池底部污泥匯集至污泥斗；設(shè)置平流式刮泥機2套，用于污泥斗排泥；設(shè)置排泥泵4 臺，2 用2 備，單臺Q=100 m3/h、H=20 m、P=7.5 kW。反應(yīng)區(qū)視情況加藥，可投加的絮凝劑為聚鐵（PAFC），助凝劑為高分子（PAM），另需根據(jù)pH 投加液堿（NaOH），其中聚鐵的投加量控制在1 600～1 800 mg/L，液堿的投加量控制在300～500 mg/L，高分子的投加量控制在3～5 mg/L；設(shè)置聚鐵藥劑存儲PE 桶3 只，單只容積20 m3，用隔膜計量泵（2 用2 備，單臺Q=946 L/h、P=0.75 kW）投加，設(shè)置液堿存儲PE 桶2 只，單只容積20 m3，用隔膜計量泵（2 用2 備，單臺Q=416 L/h、P=0.37 kW）投加，設(shè)置PAM 化藥裝置2 套，用隔膜計量泵（2 用2 備，單臺Q=416 L/h、P=0.37 kW）投加。

2.2.3 水解酸化池

水解酸化池（推流式）8 座，地上式現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為5 m×40 m×8 m，有效水深為7.5 m，水力停留時間為19.2 h，用于水解池泥水?dāng)嚢?。設(shè)置潛水?dāng)嚢铏C（型號500QJB-5.5-740/8P）16臺，單臺P=5.5 kW，組合填料為厭氧微生物生長載體，用于提高水解池的生物量，設(shè)置組合填料共計8 000 m3，填料的有效高度為5 m。

2.2.4 中沉池

中沉池（平流式）2 座，地上式現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為10 m×40 m×5 m，有效水深為4.5 m，表面負(fù)荷為0.78 m3/(m2·h)。為保證沉淀池出水均勻分布，設(shè)置不銹鋼出水堰2 套，用于沉淀池底部污泥匯集至污泥斗；設(shè)置平流式刮泥機2 套，用于污泥斗內(nèi)厭氧水解污泥回流至水解酸化池前端；設(shè)置排泥泵4 臺，2 用2備，單臺Q=200 m3/h、H=12 m、P=11 kW。

2.2.5 好氧池

好氧池（推流式）16 座，地上式現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為5 m×40 m×8 m，有效水深為7.5 m，水力停留時間為38.4 h。為使布?xì)饩鶆?、?jié)能高效，設(shè)置型號為Φ260 的盤式曝氣器4 696 套，單套曝氣量Q=3 m3/h；為了給生化系統(tǒng)供氧，設(shè)置螺桿節(jié)能風(fēng)機4 臺，3 用1備，單臺Q=3 500 m3/h、ΔP=98 kPa、P=110 kW。

2.2.6 二沉池

二沉池（平流式）2 座，半地上式現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為10 m×40 m×5 m，有效水深為4.5 m，表面負(fù)荷為0.78 m3/(m2·h)。為保證沉淀池出水均勻分布，設(shè)置不銹鋼出水堰2 套，用于沉淀池底部污泥匯集至污泥斗；設(shè)置平流式刮泥機2 套，用于沉淀池污泥斗內(nèi)好氧污泥回流至好氧池前端；設(shè)置排泥泵4臺，2用2備，單臺Q=300 m3/h、H=19 m、P=30 kW。

2.2.7 終沉池

終沉池（平流式）2 座，地上式現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為10 m×45 m×5 m，有效水深為4.5 m，反應(yīng)區(qū)停留時間為25 min，表面負(fù)荷為0.78 m3/(m2·h)。為保證沉淀池出水均勻分布，設(shè)置不銹鋼出水堰2 套，用于沉淀池底部污泥匯集至污泥斗；設(shè)置平流式刮泥機2套，用于污泥斗排泥；設(shè)置排泥泵4 臺，2 用2 備，單臺Q=100 m3/h、H=20 m、P=7.5 kW。反應(yīng)區(qū)視情況加藥，可投加的絮凝劑為聚合氯化鋁（PAC），助凝劑為高分子（PAM），其中PAC 投加量控制在800～1 200 mg/L，高分子投加量控制在3～5 mg/L；藥劑存儲桶（PE 材質(zhì)）2只，單只容積20 m3，用隔膜計量泵（2用2備，單臺Q=656 L/h、P=0.55 kW）投加，設(shè)置PAM化藥裝置2套，用隔膜計量泵（2 用2 備，單臺Q=416 L/h、P=0.37 kW）投加。

2.2.8 污泥池

污泥池（重力濃縮式）2 座，半地上式現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為4 m×10 m×8 m，有效水深為7.5 m。為將污泥池的濃縮污泥轉(zhuǎn)料至調(diào)理池，設(shè)置污泥自吸泵2臺，1 用1 備，單臺Q=96 m3/h、H=14 m、P=7.5 kW，通過投加PAC、PAM 等污泥調(diào)理劑進(jìn)行污泥濃縮調(diào)理，設(shè)置調(diào)理桶2 只，尺寸為Φ3.0 m×4.0 m；為將調(diào)理后的污泥壓入板框壓濾機進(jìn)行固液分離，設(shè)置柱塞泵4臺，單臺Q=100 m3/h、額定壓力2.0 MPa、P=22 kW；固液分離污泥委托有資質(zhì)的單位處理，濾液回流至調(diào)節(jié)池，設(shè)置高壓隔膜壓濾機（翻板不銹鋼）2 臺，單臺壓濾面積為800 m2。

3 工程處理效果及分析

3.1 各單元處理效果

本工程采用生化、物化工藝，實際運行時可根據(jù)具體情況啟用物化工藝。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，最終確認(rèn)活性染料廢水可通過全生化工藝穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，而其他染料廢水必須經(jīng)過物化輔助處理后才能達(dá)到設(shè)計要求。本工程自2019 年3 月完成調(diào)試工作至今，每天檢測各個工藝段的各項水質(zhì)指標(biāo)，并統(tǒng)計其平均值。

由表3 可知，由于活性染料廢水系統(tǒng)的初沉池、終沉池不投加絮凝劑，COD、色度、pH 變化不大；而水解池和好氧池對污染物降解至關(guān)重要，其中水解池去除了353 mg/L 的COD，好氧池去除了1 161 mg/L 的COD，生化系統(tǒng)（水解池+好氧池）直接去除的COD 達(dá)到了1 514 mg/L，占總污染物的87%［4］。其他染料廢水必須在初沉池或終沉池投加絮凝劑、助凝劑去除污水中可生化性較差的不溶性膠體才能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)?？紤]到降低系統(tǒng)的運行成本，其他染料廢水系統(tǒng)運行時選擇在終沉池加藥。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，生化工藝段的水解酸化幾乎無COD降解，好氧池去除的COD僅1 058 mg/L，生化系統(tǒng)直接去除的COD 僅1 131 mg/L，僅占總污染物的61%，而物化系統(tǒng)（終沉池）則去除了578 mg/L的COD，去除率高達(dá)84%。

表3 各單元的處理效果

3.2 水解池COD 去除效果

針對其他染料廢水系統(tǒng)水解酸化COD 去除能力較差的情況，企業(yè)于2019 年3 月10 日至2019 年3 月25 日對水解處理系統(tǒng)接種菌種，以期提高水解效果（通過二沉池污泥回流至水解池實現(xiàn)），提取初沉池、中沉池數(shù)據(jù)繪制曲線圖，結(jié)果如圖1所示。

由圖1 可看出，活性染料廢水系統(tǒng)水解池COD去除效果較好，二沉池污泥回流至水解池后無明顯現(xiàn)象；其他染料廢水系統(tǒng)水解池COD 去除效果較差，而且自2019 年3 月10 日二沉池污泥回流至水解池開始，出現(xiàn)了中沉池出水COD 高于水解池進(jìn)水COD（即初沉池出水COD）的反?，F(xiàn)象。現(xiàn)場實際反饋情況：（1）其他染料廢水系統(tǒng)的水解池填料上掛膜效果差；（2）自二沉池污泥回流開始，中沉池出水濁度迅速上升，中沉池水樣經(jīng)過長時間靜置后上清液COD 可降低約80 mg/L?？赡芷渌玖蠌U水可生化性差（存在大量難降解有機物），抑制了厭氧微生物的生長掛膜，而二沉池污泥回流至水解池前端，由于無法有效地轉(zhuǎn)化為水解細(xì)菌生長于填料上，最終活性污泥解絮導(dǎo)致污水渾濁，進(jìn)而導(dǎo)致中沉池出水COD 異常波動，甚至高于初沉池。

圖1 活性染料、其他染料廢水系統(tǒng)水解池COD 去除效果曲線圖

4 技術(shù)經(jīng)濟分析

本工程總投資5 200 萬元，其中設(shè)備投資1 600萬元，間接費用（設(shè)計、安裝、調(diào)試）200 萬元，土建投資3 400萬元。2套系統(tǒng)月平均運行費用見表4。

表4 系統(tǒng)月平均運行費用

5 結(jié)論

（1）同樣采用初沉池/水解池/中沉池/好氧池/二沉池/終沉池的組合工藝處理活性染料廢水和其他染料廢水，雖然都可以處理至達(dá)標(biāo)，但活性染料廢水可生化性更好，可在不加藥的情況下處理至COD 小于等于200 mg/L。

（2）全生化工藝比物化-生化工藝運行費用更經(jīng)濟，以本工程為例，在進(jìn)水COD 接近的情況下運行費用節(jié)省約40%，因此不斷開發(fā)印染廢水的全生化處理工藝是節(jié)能減排的主要研究方向。

（3）其他染料廢水在水解池的COD 去除效果差、水解掛膜不理想，原因主要是分散染料等為人工合成染料，缺少可以分解微生物的生物酶。

（4）對于新建的印染企業(yè)而言，污水分流處理的工藝思路是企業(yè)管理精細(xì)化的體現(xiàn)，不同污水必須經(jīng)過合適的預(yù)處理后再考慮綜合處理，是企業(yè)節(jié)能減排的前提。