廢水的二步法凈化技術(shù)在墨水生產(chǎn)中的應(yīng)用

徐衛(wèi)華

上海精細(xì)文化用品有限公司 上海 314305

一、前言

自來水筆墨水的工業(yè)化生產(chǎn)，所用的主要原材料為起著色劑功能的各種顏色的化工合成染料（或顏料），和其它為確保墨水性能穩(wěn)定、改善書寫效果的各類有機(jī)化工助劑以及無機(jī)酸及鹽類[1]。在生產(chǎn)與輸送過程中，會產(chǎn)生含有以上少量化工物質(zhì)的有色廢水，這些廢水應(yīng)通過專用管網(wǎng)，引入廢水收集池，按國家或地區(qū)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，經(jīng)過凈化處理達(dá)標(biāo)后才可納入市政污水管網(wǎng)得以排放。

二、工業(yè)生產(chǎn)廢水凈化的一般處理技術(shù)

我們所說的廢水處理就是將廢水中有毒有害的物質(zhì)，通過各種物理、化學(xué)、生物的手段轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)，從而使污染物得到治理，廢水得到凈化。按照處理手段，廢水的處理方法一般分為物理處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)、物理化學(xué)（簡稱物化）處理技術(shù)和生物化學(xué)（簡稱生化）處理技術(shù)等幾類。

物理處理技術(shù)，主要是利用物理原理和機(jī)械作用，對廢水進(jìn)行治理從而達(dá)到凈化的目的，常用的有沉淀、過濾、離心分離等；化學(xué)處理技術(shù)，指使用在廢水中加入化學(xué)藥劑等化學(xué)手段進(jìn)行處理的方法，常用的有酸堿中和、氧化還原、離子交換、混凝等；物理化學(xué)技術(shù)，是指通過物化過程來處理廢水以除去污染物質(zhì)的方法，包括吸附、浮選、電滲析、超過濾等；生化處理技術(shù)是利用微生物的作用，去除廢水中的溶膠及有機(jī)物質(zhì)的方法，包括活性污泥法、接觸氧化法、厭氣處理法等[2]227-228。

由于工業(yè)廢水中含有很多種性質(zhì)完全不同的有機(jī)或無機(jī)污染物質(zhì)，單純采用物理和化學(xué)方法處理難以達(dá)到治理要求，實際過程中往往視需要把幾類方法同時或分階段地按步驟結(jié)合、協(xié)同使用。

三、自來水筆墨水工業(yè)生產(chǎn)廢水凈化處理工藝

（一）廢水來源與雜質(zhì)構(gòu)成

國內(nèi)自來水筆墨水的工業(yè)化生產(chǎn)已具有近百年的歷史，生產(chǎn)組織一般優(yōu)先考慮采用先進(jìn)、高效、低能耗的工藝技術(shù)和設(shè)備設(shè)施，推行清潔化生產(chǎn)，把廢水量降到最低的程度，墨水生產(chǎn)過程中的廢水主要有以下四個來源：

在墨水生產(chǎn)制造過程中，為保證設(shè)備運行安全穩(wěn)定，保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要定期對設(shè)備設(shè)施進(jìn)行清洗并檢修而產(chǎn)生的廢水。

墨水在制造、儲存、管道輸送、灌裝包裝過程中，由于可能存在的滲透滴漏而需要清潔沖洗所產(chǎn)生的廢水。

水是墨水生產(chǎn)制造所使用的最為普通的溶劑，使用之前必須經(jīng)過過濾去除機(jī)械雜質(zhì)和異味，并經(jīng)過OA反滲透膜去除無機(jī)物離子，由此產(chǎn)生的反滲透膜廢水。

企業(yè)正常運行中產(chǎn)生的污水，比如食堂含油污廢水、洗澡水、地面沖洗水等。

根據(jù)人們的書寫習(xí)慣，墨水品種產(chǎn)量以黑色、藍(lán)黑色居多。所產(chǎn)生廢水一般呈混濁的淺黑色液體，里面含有微量的各種黑色或藍(lán)色染料、細(xì)小的顏料顆粒；溶解于墨水中的物質(zhì)主要有潤濕劑、助溶劑、防霉劑和防凍劑等，這些物質(zhì)主要包括醇類、酚類等有機(jī)化工助劑、硫酸及其鹽類等。因此，廢水中主要污染物為COD（約300～1500mg/L）、懸浮物（約100～500mg/L）和色度。

（二）廢水處理原理

本案所采用的墨水工業(yè)廢水處理工藝，是化學(xué)處理單元-混凝沉淀與生化處理單元-生物接觸氧化二步法有機(jī)結(jié)合的綜合處理技術(shù)。通過混凝沉淀過程可以有效去除廢水中的懸浮物和色度，

而生物接觸氧化過程對于廢水中COD則具有明顯的去除效果。

1.化學(xué)處理單元-混凝沉淀

染料（或顏料）的微小顆粒的懸浮物和膠體(直徑在0.1～0.001um之間的微粒)，帶有負(fù)電荷，同類膠體因帶有同性的電荷而相互排斥，在水中不能相互結(jié)合，具有相對的穩(wěn)定性，能在水中長期保持分散懸浮狀態(tài)不會自然沉降。一旦在水中加入電解質(zhì)混凝劑，提供的大量正離子會涌入膠體擴(kuò)散層，在等電狀態(tài)下，造成膠粒間靜電斥力消失，使膠粒脫穩(wěn)，即失去穩(wěn)定性，脫穩(wěn)的膠粒由于自身的布朗運動或在外力攪拌下實現(xiàn)顆粒的碰撞，相互凝聚，膠體顆粒增大而發(fā)生沉降[3]。

混凝包括凝聚與絮凝二個過程，一般以無機(jī)鹽類作為凝聚劑，以有機(jī)高分子合成物作為絮凝劑。凝聚隨著低分子電解質(zhì)凝聚劑擴(kuò)散到全部水中以后引發(fā)膠粒脫穩(wěn)而瞬間發(fā)生。絮凝即高分子絮凝劑溶于水后，經(jīng)水解和縮聚反應(yīng)形成高分子聚合物，由于具有線性結(jié)構(gòu)的這類高分子聚合物的吸附架橋作用使膠粒聚集成肉眼可見的粗大絮體得以沉降去除，這個過程需要較長時間。

2.生化處理單元-生物接觸氧化

生化處理技術(shù)按過程中是否加入氧氣區(qū)分有好氧、厭氧和缺氧之分。利用好氧（包括兼氧）微生物在有氧存在的條件下，利用廢水中溶解存在的有機(jī)污染物為底物進(jìn)行好氧代謝，經(jīng)過一系列的生化反應(yīng)，逐級釋放能量，使廢水中有機(jī)物降解從而達(dá)到無害化、凈化處理的要求。

生物接觸氧化又稱浸沒式生物濾池，是改良型的活性污泥處理技術(shù)。在生物接觸氧化池內(nèi)設(shè)置組合填料、填料支架、曝氣裝置，填料上長滿生物膜，廢水與生物膜接觸過程中，水中的有機(jī)物被微生物吸附、氧化分解并最終降解轉(zhuǎn)化為二氧化碳與水，有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為銨離子或硝酸鹽，有機(jī)磷轉(zhuǎn)化成正磷鹽，廢物降解過程中形成的微生物細(xì)胞質(zhì)始終在曝氣池中直到絮凝形成可沉降的固體物[2]291-295。好氧微生物的正常成長與水中溶解氧含量有密切關(guān)系。

3.廢水處理化工藥劑的選用

⑴ 硫酸亞鐵FeSO4·7H2O

無水硫酸亞鐵是白色粉末，溶于水、甘油，不溶于乙醇。常見為七個結(jié)晶水化合物，為淺藍(lán)綠色單斜晶體，水溶液為淺藍(lán)綠色。在干燥空氣中會風(fēng)化，在潮濕空氣中易氧化成難溶于水的棕黃色堿式硫酸鐵；加熱到70℃～73℃失去3結(jié)晶水，加熱到80℃～123℃失去6結(jié)晶水，至156℃以上轉(zhuǎn)變?yōu)閴A式硫酸鐵。需用25kg塑料袋包裝，置于密封陰涼干燥處避光儲存。

在廢水處理中，硫酸亞鐵用作凝聚劑。

⑵ 聚合氯化鋁PAC [AL2(OH)nCL6-n·xH2O]m（m≤10 n=1～5）

淡黃色粉狀，其溶液為淡黃色透明液體；易溶于水，水解過程中伴隨有電化學(xué)、凝聚、吸附和沉淀等化學(xué)過程，有腐蝕性。需用25kg編織袋包裝，儲存于室內(nèi)陰涼處。

在廢水處理中，聚合氯化鋁作為絮凝劑使用。

⑶ 聚丙烯酰胺PAM(C3H5NO)n

白色顆粒狀，無臭、中性，溶于水、不溶于乙醇、丙酮；溫度高于120℃時分解。需用25kg編織袋包裝，儲存于室內(nèi)陰涼處。

在廢水處理中，聚丙烯酰胺用作絮凝劑。

⑷ 氫氧化鈉NaOH

無機(jī)強(qiáng)堿，純品為無色透明晶體，工業(yè)品一般為片狀和顆粒形態(tài)，易溶于水，溶于乙醇和甘油，不溶于丙醇、乙醚，吸濕性強(qiáng)，在空氣中易潮解變質(zhì)。需25kg編織袋包裝。

在廢水處理中，氫氧化鈉用作pH調(diào)節(jié)劑。

4.二步法墨水生產(chǎn)工業(yè)廢水凈化處理設(shè)施與工藝流程

我們設(shè)計并組建廢水處理設(shè)備設(shè)施，形成以下完整的半連續(xù)式工藝處理系統(tǒng)，工藝流程的具體操作過程如下：

生產(chǎn)車間等所產(chǎn)生的綜合廢水經(jīng)過機(jī)械格柵網(wǎng)清除大顆粒雜物等預(yù)處理后，由專用管網(wǎng)將廢水匯集入收集池，收集池設(shè)置曝氣裝置以調(diào)節(jié)水質(zhì)雜質(zhì)、色度分布均勻。

視收集池污水狀況預(yù)先配置好一定濃度的氫氧化鈉、凝聚劑和絮凝劑水溶液。用污水提升泵把收集池內(nèi)需處理的污水恒量、均勻的泵入初沉池，初沉池由前部四道加藥倉和后部沉淀池（沉淀池內(nèi)布滿立式蜂窩填料有利絮凝沉淀）兩部分串聯(lián)組成（見圖1），按先后順序往初沉池加藥倉內(nèi)同時加入一定比例的凝聚劑硫酸亞鐵、pH調(diào)節(jié)劑氫氧化鈉、無機(jī)絮凝劑聚合氯化鋁、有機(jī)絮凝劑聚丙烯酰胺四種藥劑溶液，進(jìn)入初沉過程，即混凝沉淀。

圖1 混凝沉淀示意圖

初沉后的污水從上部溢入好氧池（其中布滿軟性填料有利接觸氧化擴(kuò)大面積），在羅茨鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)曝氣加氧作用下，進(jìn)入生物接觸氧化過程，利用好氧菌吸附、氧化、分解污水中的有機(jī)物。初沉池底部污泥由管道閥門控制利用自然壓差流入初沉污泥濃縮池。

好氧池污水由上部溢出進(jìn)入二沉池，二沉池由前部二道加藥倉和后部沉淀池兩部分組成，（視實際需要按順序同時加入配置好的聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺水溶液），這是再次混凝沉淀過程。

二沉池的出水經(jīng)氣浮機(jī)氣浮后達(dá)標(biāo)排放，二沉池底部污泥由管道閥門控制利用自然壓差流入二沉池污泥濃縮池。

初沉池、二沉池污泥濃縮池的污泥經(jīng)濃縮后泵入壓濾機(jī)壓濾脫水，定期外運。濃縮池上的清液及污泥脫水時的出水均返回污水收集池再處理。

圖3 濃縮壓濾脫水示意圖

為充分發(fā)揮各設(shè)備設(shè)施的功能和作用，污水處理工程初次運轉(zhuǎn)時，需要進(jìn)行活性污泥的培養(yǎng)，常用的生化處理營養(yǎng)料有糖、面粉、尿素、磷酸三鈉等。

四、問題與討論

（一）化工藥劑的選擇與用量

污水處理過程中，最常用的無機(jī)混凝劑有兩類，一類是鐵鹽，一類是鋁鹽，而最常用的絮凝劑有聚丙烯酰胺。墨水廢水處理過程中，我們選用硫酸亞鐵FeSO4作為凝聚劑，選用聚合氯化鋁PAC與聚丙烯酰胺PAM作為絮凝劑，前者具有高效的凝聚效果，與后面兩者協(xié)同配合使用可以獲得最大的絮凝體，快速實現(xiàn)沉降除污的目的。無機(jī)凝聚劑與無機(jī)、有機(jī)高分子絮凝劑的復(fù)合使用可達(dá)到相同凈化效果而大大降低藥劑使用量，降低運行成本[4]33-42。

FeSO4價廉物美，適應(yīng)的pH范圍大（5～11），受水溫的影響小，形成絮體快，密度強(qiáng)度大，沉降速度快。特別是在廢水處理中可以沉淀去除重金屬、硫化物，生成的絮體礬花可吸附水中的油類、聚合物并能有效降低水中磷含量。聚合氯化鋁PAC適應(yīng)的pH范圍在5～9，適應(yīng)水質(zhì)范圍寬，混凝效果隨溫度變化小，形成絮體時間快、密度大、沉淀性能好。聚丙烯酰胺適應(yīng)的pH范圍在 8～12，具有適用范圍廣、用量少、絮凝效果好的特點。

為保證凝聚劑及絮凝劑均勻分散于污水體系中發(fā)揮最佳效果，我們采用濕投法投加藥劑。藥劑的用量大小則根據(jù)廢水實際情況配置而定，過少顯然效果不好但過多則會造成藥劑浪費，尤其是絮凝劑量過多反而會阻礙膠體微粒之間凝聚的可能性[5]。本案墨水廢水處理過程中，硫酸亞鐵（以FeSO4·7H2O計）用量在50～500mg/L；聚合氯化鋁用量在20～200mg/L；聚丙烯酰胺用量在1～10mg/L。

（二）廢水處理體系pH值調(diào)節(jié)

生產(chǎn)工藝配方?jīng)Q定了自來水筆墨水生產(chǎn)體系是偏酸性的，因此生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生廢水也是偏酸性的，所要處理的綜合廢水pH在5～7之間。好氧生物處理過程中，pH值一般控制在6.5～8.5范圍內(nèi)，否則對微生物成長不利[4]100-101。因此綜合考慮混凝沉淀過程與生物接觸氧化過程諸方面因素，墨水生產(chǎn)廢水處理時須用氫氧化鈉來調(diào)節(jié)pH值由偏酸性至中性偏堿，即pH在7～8.5范圍為適宜。

（三）好氧系統(tǒng)加氧量的控制

好氧系統(tǒng)必須維持微生物好氧新陳代謝活動所需的氧，同時，為促進(jìn)污水中污染物與活性污泥充分混合接觸，必須對好氧池進(jìn)行符合要求的曝氣。實踐證明，若將墨水生產(chǎn)所產(chǎn)生染料污水的混合液的溶解氧濃度控制在1.5～3.0mg/L之間，就能保持活性污泥微生物良好的新陳代謝活動。過度曝氣本身是能源的浪費，還會使微生物自身氧化或造成污泥絮體因過度攪拌而破碎。

（四）時間的控制

理論上凝聚是瞬時進(jìn)行的，只需將化學(xué)藥劑擴(kuò)散到全部水中的時間即可，實際操作中就是空氣曝氣裝置將藥劑分散混合均勻的幾分鐘時間即可；絮凝需要一定的時間讓絮體長大，一般需超過3小時。生物接觸氧化，分解廢水中的有機(jī)物，需要充足的時間，實際操作中一般控制在8小時以上的停留時間。

（五）溫度的控制

混凝過程采用鐵鹽時，溫度對混凝效果影響不大，尤其是與有機(jī)高分子絮凝劑一起復(fù)合使用時。微生物按其生長溫度的不同，可分為低溫微生物、中溫微生物和高溫微生物。好氧生物處理一般在15℃～40℃進(jìn)行較為適宜，溫度過低或過高都會使微生物代謝活動降低或蛋白質(zhì)變性，導(dǎo)致酶系統(tǒng)被破壞從而使去除有機(jī)物的效率大為降低。因此根據(jù)企業(yè)所處浙江省嘉興市海鹽縣地理位置氣候條件，冬天氣溫較低時應(yīng)采取保溫措施或增加好氧池中活性污泥濃度的方法，以保證去除有害物質(zhì)凈化廢水的效果，其余季節(jié)則適宜生化處理單元的良性運行。

五、結(jié)論

（一）二步法廢水凈化處理工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)上是合理的

企業(yè)廢水處理工序設(shè)置專職操作工（兼廢水處理分析）1名。

廢水處理的成本費用主要由四部分組成，即運轉(zhuǎn)過程中人員工資E1、化工藥劑耗用E2、電費E3、廢水處理設(shè)備設(shè)施的折舊E4。經(jīng)過兩年來的實踐，廢水處理成本總費用∑E占企業(yè)銷售收入的比例為約0.8%～1.0%，這是一個經(jīng)濟(jì)合理的數(shù)據(jù)。

（二）二步法廢水凈化處理工藝技術(shù)有效而成熟

表一數(shù)據(jù)是企業(yè)所在地開發(fā)區(qū)排放限值要求以及國家廢水二級排放標(biāo)準(zhǔn)；表二和表三是隨機(jī)抽取的企業(yè)廢水處理前后的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)。

表三 企業(yè)排放口水質(zhì)分析測定數(shù)據(jù)

表二 企業(yè)廢水收集池水質(zhì)分析測定數(shù)據(jù)

表一 污水排放項目限值要求

兩年來實踐證明，混凝沉淀與生物接觸氧化二步法工藝操作簡單方便，設(shè)備設(shè)施運行穩(wěn)定可靠，對凈化處理自來水筆墨水工業(yè)生產(chǎn)廢水是有效的，技術(shù)是成熟的。經(jīng)過凈化處理的廢水不僅符合企業(yè)所在地(浙江海鹽)的排放限值要求，并達(dá)到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。