电解絮凝/水解酸化/MBR工艺处理印染废水

Posted 2023-01-12 印染

篇首语：四方食事，不过一碗人间烟火。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了电解絮凝/水解酸化/MBR工艺处理印染废水相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

某印染有限公司采用以电解絮凝/水解酸化/MBR为主体的工艺处理印染废水。处理规模为5000m3/d。运行实践表明，整套装置运行稳定，出水水质符合《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287—92)的一级标准。
印染废水是国内外公认的较难处理的工业废水之一，其显著特点为：①色度大，有机物含量高，除染料和助剂外，还含有大量浆料，废水粘性大；②COD变化大，高时可达2000～3000mg/L，BOD5也可高达2000～3000mg/L；③碱性大，如硫化染料和还原染料废水的pH值可达10以上；④水温、水量变化大，由于加工品种、产量的变化，可导致水温、水量变化较大。
1.工程概况
某集印、染于一体的大型纺织印染合资企业可进行各种规格全棉、涤棉、麻棉、涤纶、灯芯绒、氨纶等织物的漂、印、染和后整理，生产能力达6000×104m，是北方地区规模较大的印染企业。
由于生产规模扩大，排放的生产废水由原来的2500m3/d增至5000m3/d，已有的废水处理厂已经不能满足生产需要，亟需扩建；加之原工艺流程存在一些不合理之处，致使处理效果不理想，出水水质不能达标，因此必须进行扩建整改。
1.1原水水质、水量
该公司主要生产工序有煮练、退浆、漂白、丝光、印染、重整，排放的废水中主要含有纺织纤维上的污物、油脂、盐类以及各种浆料(一般为淀粉或聚乙烯醇)、染料、表面活性剂、助剂、酸、碱等。废水的BOD5/COD值为0.25左右，可生化性较差；由于采用来料加工，浆料可能不同，染料的种类不断变化，其配套投加的药剂也不断变化，因此水质波动性大；水量波动性大，主要体现在生产量不同造成水量波动以及不同生产工序造成水质波动；含有大量无机盐类；色度较大，属于高色度废水。设计处理水量为5000m3/d，废水水质及排放标准如表1所示。

1.2工艺流程
1.2.1原处理工艺
原工艺流程为：原水→人工筛网→集水井→沉砂池→pH调整池→初沉池→中间水池→水解酸化池→接触氧化池→出水。
经分析，原处理工艺存在的问题如下：
①受生产工序及其产量的影响，系统运行过程中水质、水量的波动性较大，造成系统运行不稳定。
②经核算，原有初沉池水力负荷远大于斜管沉淀池所要求的表面负荷，而水中悬浮物主要是煤灰，难于沉降，因此沉淀效果不理想。
③水解酸化池对色度的去除和废水可生化性的改善效果不理想。
④接触氧化池是原工艺的核心，实际运行中污泥的稳定性和废水处理效果都不理想。
⑤废水中N、P缺乏，且水温较高。
1.2.2整改后的处理工艺
整改后的工艺流程为：原水→人工筛网→集水井→沉砂池→pH调整池→电解絮凝池→气浮池→冷却塔→水解酸化池→好氧池→接触氧化池→膜区→出水。
建设单位为了扩大处理规模，在污水厂附近新建2座池体，钢筋混凝土结构，半地下式，一座尺寸为14.4m×16.4m×7.0m；另一座尺寸为14.2m×7.4m×2.3m，并在这座池体上面安装冷却塔，可将废水由55℃冷却到35℃左右。
①预处理工艺
预处理工艺主要包括集水井、沉砂池、pH调整池以及中间水池，仍然利用原有处理设施，主要包括池体、集水井提升泵、沉砂池清砂系统、中间水池提升泵。新增pH调整系统，在线pH计和硫酸投加计量泵联锁，自动控制硫酸投加并调整pH值到8左右。
②水解酸化池
将原有水解酸化池和初沉池作为水解酸化池，此时废水温度为50～60℃，厌氧降解速度比较快。池体尺寸为16m×6m，上流式结构，HRT为5h，水力负荷为1m3/(m2.h)，污泥处于悬浮状态便于污水和污泥充分接触混合。采用多个布水点配水，每个布水点服务面积相同，根据每个池体表面积计算配水点数量，只需控制每个布水点配水相同即可实现均匀布水，同时采用三角堰排水也有助于布水均匀。
③电解絮凝
新建池体(尺寸为14.2m×7.4m×2.3m)作为电解絮凝池，在池内安装电极(钢板、铝板)，在池边(附近)安装直流电源。电解时钢、铝失去电子，以离子形式进入水中，与悬浮物和色度物质发生絮凝反应，形成絮体，实现水体脱色，阴极H+得到电子形成H2，以小气泡形态释放到水中，粘附、包裹、顶托絮体，使絮体浮到水面去除。浮渣通过刮渣机定时清除，重力流输送到污泥干化场进行干化处理，干化污泥与煤渣一起外运。同时，由于电解本身为氧化还原反应，也有助于分解废水中高分子、大分子物质，提高废水的可生化性。
该池体纵向隔开，宽度分为5m、2.4m，大池作为分离区，小池为清水区，也作为冷却塔提升泵集水池，并在此投加N、P。分离区水力负荷为3.0m3/(m2.h)，停留时间为40min，有效水深为2m，长宽比为2.8∶1。
在此投加N、P，使C∶N∶P=100∶5∶1，为生化反应创造有利的条件。
④冷却塔和缓冲池
冷却塔安装在14.2m×7.4m×2.3m池顶，隔出7.4m×7.2m×2.3m池体作为电解絮凝池。根据建设单位提供的原始资料可知，冷却系统可将废水温度降到35℃以下。为了能够随时监测冷却塔的降温效果，在缓冲池内安装在线温度传感器，24h将数据传输到控制室。
⑤好氧池
将新建的14.4m×16.4m×7.0m池体作为好氧池，HRT为8h，采用管式微孔曝气器。为了保护MBR工艺膜组件不被悬浮物污染，在好氧池进水口设筛网，过滤精度为0.8mm，对后面膜区的膜组件起到一定的保护作用。
⑥接触氧化池
原有工艺的接触氧化池为2座，将其中1座作为MBR池，1座仍为接触氧化池，HRT为3.5h，尺寸为15.6m×7.3m×6.0m。
⑦MBR池
将原接触氧化池中的1座(尺寸为14.8m×7.3m×6.0m)作为MBR池，污泥浓度为6000mg/L，曝气装置采用穿孔曝气管，气水比为(20∶1)～(30∶1)。
MBR池的污泥会随着水流累积到膜区，故需将这些污泥回流到好氧池进水端。按平均污泥浓度为6000mg/L、膜区污泥浓度为8000mg/L计，回流比为300%。
MBR出水膜采用PVDF膜，膜通量为10L/(m2.h)，每套膜通量为10m3/h，膜安装在特制的不锈钢架上，可以整体安装、维修养护。膜正常运行模式为4min出水，停止出水1min用于水反洗，如此循环。
为了保证膜组件持续、稳定地出水，采用本公司独创的反洗及清洗程序进行膜组件的保养和维护。每10d作为一个清洗周期，化学反洗1次，化学药剂为柠檬酸(2000～4000mg/L)和次氯酸钠(200～400mg/L)，运行模式为交替运行，即每3个周期中2个周期用柠檬酸反洗、1个周期用次氯酸钠反洗。每半年将膜取出清洗，化学药剂为柠檬酸(2000～4000mg/L)和次氯酸钠(200～400mg/L)，为了避免药剂沉积，设泵循环搅拌。
MBR膜安装、维修养护时，是以整个膜架和膜为单位，非常重，故设吊车1台，最大吊重为3t。MBR池出水、水反洗、化学反洗、化学清洗等操作通过PLC自动控制实现。
⑧污泥处理系统
电解絮凝产生浮渣，浮渣量为16m3/d，含水率为97%。水解酸化污泥和色度形成絮体污泥，可以直接排到干化场进行干化处理，随煤渣外运。北方地区干燥少雨，电解絮凝污泥脱水性能比较好，而污水处理厂旁边为煤渣堆放场，采用干化场处理污泥是经济可行的。干化场采用砖砌，底部铺煤渣作为沥水层，尺寸为4.0m×4.0m×1.2m，共4座。
1.3主要设备及规格
主要设备及规格见表2。

2.启动和运行情况
2.1启动阶段
该工程于2005年4月初启动，接种污泥取自附近的污水处理厂，以池容的1/8为基准分别添加到水解酸化池以及好氧池。首先采用污水处理厂干污泥加入少量的废水同时补充清水到能够淹没填料，加适量的粪便水或营养盐以补充微生物繁殖所需营养。闷曝24h后停止曝气，静止沉淀后排放上清液，然后补充废水开始闷曝(每次逐渐加大进水量)。每隔3d在氧化池内投加粪便水或者营养盐一次。经过15～20d生物膜基本形成，此时可以投入正常运行。调试期间，膜区气水比控制在20∶1左右。
2.2运行
运行初期曾经产生了大量泡沫，这是由于运行初期养料相对不足，微生物争夺养料所致。及时发现并采取消泡措施(采用水消泡和投加消泡剂相结合的方法)得以控制，污泥没有流失。由于一体式膜生物反应器以恒流过滤方式运行，考虑产水量的大小和膜运行的稳定性，确定膜的抽吸和停抽时间为抽吸4min、停抽1min。
曝气装置位于膜组件的下方，采用斜下45°穿孔曝气管曝气，一方面提供活性污泥生长所需要的氧气；另一方面在膜表面形成紊动的气液两相流，其错流流动减少污泥在膜表面的沉积。曝气强度低时，污泥层引起的膜过滤阻力较大，膜污染速率增加；曝气强度高时，减缓膜污染发展速率的同时也带来了能耗高的问题，直接导致运行成本提高；曝气强度过高，反而会加快膜污染速率，所以气水比最终稳定在30∶1左右。
3.工艺特点
①印染废水的主要污染物为有机物和色度。针对本工程印染废水可生化性较差的水质特征，选用厌氧/好氧组合工艺，再加上后续的MBR，保证了出水水质。
②厌氧采用水解酸化工艺，在很短的水力停留时间条件下，水解、产酸菌能将水中难降解的大分子有机物转化成小分子有机物，提高废水的可生化性。同时，可将悬浮物吸附沉淀，甚至还可将部分悬浮物(SS)水解为溶解性的物质，降低污泥产量，并使污泥得到稳定化处理。从投资、运行角度而言，由于水解酸化池中微生物浓度比较高，有机物容积负荷比好氧污泥负荷高，且降解有机物不需动力消耗，没有机械设备，操作简单，便于管理。
③好氧工艺采用好氧、接触氧化、膜生物反应器组合作为主处理单元，膜生物反应器具有抗冲击能力强、出水水质稳定、占地面积小、布局合理的特点；高效的固液分离作用，使出水SS浓度低，能有效去除SS和细菌；膜组件的高效截留作用使反应器内保持了较高的生物量，提高了生物处理效率；MBR剩余污泥产量低，甚至能达到系统污泥零排放，大大节省了污泥处理费用，有利于污泥资源化管理。
④采用电解絮凝脱色，其优点有：a.脱色速率快，应用广；b.操作管理方便；c.污泥和浮渣产量较少；d.处理费用较低。同时，厌氧、好氧池在去除有机物的过程中也可去除部分色度，进一步保证了对色度的去除效果。此外，电解本身也能通过氧化分解将高分子、大分子链打断，变成小分子，提高废水的可生化性。
⑤由于印染废水的pH值、温度等因素会影响生化反应效果，故在生化工艺前设预处理：a.水解酸化前调整pH值为8左右；b.利用冷却塔将水温降到35℃以下；c.在缓冲池处投加适量的N、P。
4.运行效果和经济指标
4.1运行效果
运行至今，出水各项指标良好，基本达到了设计要求和排放标准。水解酸化池很好地改善了废水的可生化性，经过好氧池、接触氧化池处理之后，膜直接或间接地起到了强化和稳定出水水质的作用。一方面，膜对出水有机质的截留作用保证了出水水质的稳定性；另一方面，膜的高效分离作用富集了污泥浓度，使反应器内的污泥浓度比传统活性污泥法高很多，污泥负荷下降，保证了系统的高效性。
该装置对SS的去除效果较为稳定，出水浊度基本接近于零；色度基本稳定在35倍左右；当进水COD为313～2133mg/L(平均COD为1266mg/L)时，出水COD基本稳定在100mg/L以下，平均去除率为92.23%，达到了《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287—92)的一级标准。进、出水水质监测结果见表3。

4.2经济指标
经济分析主要是针对本次工程整改扩建新增部分。本工程新增设备电费为0.81元/m3，水费不到0.01元/m3(主要用于膜组件系统反洗及化学清洗)，药剂费为0.23元/m3(包括硫酸、尿素、磷酸二氢铵、次氯酸钠、固体柠檬酸等)，人工费为0.06元/m3，设备折旧和维修费为0.30元/m3，总的运行费用为257.12万元/a，折合吨水运行费用为1.41元/m3。
5.结论
MBR工艺是一种经济高效的处理工艺，具有流程简洁、出水水质优良稳定、技术成熟可靠、占地面(上接第74页)积小、运行管理方便和费用低等优点。
采用以水解酸化/好氧/MBR为主体的工艺，在进水经常出现较大波动的情况下，出水COD基本稳定在100mg/L以下，平均去除率为92.23%；平均出水BOD5约为5.13mg/L，平均去除率为98.39%；出水色度为32倍，去除率>90%。