聯合工藝處理印染園區RO濃水工程案例分析

嚴 松 李永騰 黃春梅 吳淑娟

(廣州市佳境水處理技術工程有限公司,廣州 510730)

廣東省東莞市某印染工業園區內入駐有企業100余家,園區企業主要從事織物印花和毛衣染色生產,每天產生印染廢水6 000 m3。印花生產工藝包括活性印花、涂料印花和涂漿拔印[1],生產過程中會使用活性染料、清漿劑、尿素、固色劑等[2]。毛衣染色主要針對針織類毛(棉)服裝進行件染操作,生產工藝包括前處理、染色、水洗、固色、烘干等工序,生產過程中會使用活性染料、酸性染料、分散染料、硫酸銨等[3]。廢水原水氨氮較高,調節池廢水氨氮濃度超過60 mg/L,廢水的電導率較高,達到8 000～10 000 μs/cm。環評要求在園區內建設集中廢水處理設施,用來收集并處理各企業的生產廢水,其中廢水經過處理后40%達標排放,60%回用于車間生產。由于廢水電導率高達8 000～10 000 μs/cm,不能直接回用于車間生產,必須經過RO回用系統脫除部分鹽分后才能滿足車間生產用水要求。該園區RO濃水總氮較高,且總氮主要為硝態氮,濃水中的有機物多為難降解有機物,廢水色度、電導率高,可生化性差,采用常規的混凝及生化處理工藝進行處理,出水難以穩定達到排放標準要求。

1 廢水的水量水質

每天6000 m3的生產廢水經過物化+生化處理達到排放標準要求后全部進入膜回用系統進行處理,廢水回用率60%,3600 m3RO產水回用車間,2400 m3RO濃水經處理后達標排放。根據現場調研及取樣檢測,車間生產廢水及回用系統進水主要水質指標見表1。排放標準主要水質指標限值見表2。

表1 廢水水質

表2 排放標準主要水質指標限值

2 設計思路及工藝流程

廢水處理工藝流程見圖1。

圖1 廢水處理工藝流程

生產廢水經過圖1所示工藝流程處理后,進入回用系統。RO濃水水質如表1所示,經過回用系統濃縮后,廢水的COD升高至200 mg/L,總氮升高至35 mg/L且總氮主要為硝態氮,色度升高至80倍,遠高于排放標準限值要求,需要進一步處理達標后排放。

鑒于上述分析,本項目RO濃水處理采用“反硝化濾池+Fenton催化氧化+曝氣懸浮生物濾池”聯合工藝。溶解氧是反硝化效率的重要影響因素之一,需要在DO值低于0.5 mg/L時進行反硝化才有總氮去除效果[8]。而Fenton催化氧化出水氧化還原電位還較高,DO值通常在6～8 mg/L,不適合將反硝化濾池設置在Fenton催化氧化之后。故本項目將反硝化濾池設置在第一道處理工藝,易于對DO進行控制,同時可以利用廢水中少量的小分子有機物,減少反硝化的外加碳源的同時,還可以降低廢水的COD,降低高級氧化的負荷、節省藥量。RO濃水處理工藝流程見圖2。

圖2 RO廢水處理工藝流程

3 主要工藝單元的設計參數及運行效果

3.1 反硝化濾池

反硝化濾池為地上矩形鋼筋混凝土構筑物,尺寸為20 m×5 m×5.2 m,一座4格,并列運行,單格平面尺寸為5 m×5 m,單池過濾面積是25 m2。反硝化濾池有效容積為490 m3,內置生物陶粒250 m3,填料層高度2.5 m,填料層底部有濾板和鵝卵石支撐層,濾速為1.0 m/h,有效水力停留時間2.5 h。濾板底部設有反沖水管,反沖強度12 L/m2·s,每次反沖洗15 min,反沖洗頻率為24 h進行一次。反硝化濾池配置主要設備有:乙酸鈉加藥泵2臺(1用1備,流量400 L/h,功率0.75 kW,壓力1.2 bar);在線式溶解氧儀4臺;反沖洗水泵2臺(1用1備),流量300 m3/h,揚程12 m,功率15 kW。

3.2 Fenton催化氧化

反硝化出水COD和色度都還較高,COD濃度為150～180 mg/L,色度60～70倍,遠高于排放標準要求,需進一步進行處理。本項目利用Fenton催化氧化產生的·OH的強氧化性,氧化降解廢水中的有機物,進而去除COD和色度。

Fenton催化氧化池由加藥反應池和混凝反應沉淀池2個部分組成。加藥反應池尺寸為10 m×5 m×4.8 m,分為3格。其中第一格為pH調節池,有效容積為11 m3,投加硫酸調節pH至3～4;第二格有效容積11 m3,投加催化劑FeSO4·7H2O溶液和氧化劑H2O2溶液;第三格為氧化反應池,有效容積為200 m3,反應時間2 h,反應池布設曝氣穿孔管,用以曝氣攪拌,氧化反應池內“三布五涂”進行防腐處理?；炷磻恋沓爻叽鐬?2.5 m×5 m×4.8 m,由一個三格反應池和一個平流式沉淀池組成。第一格反應池投加液堿或石灰調節pH;第二、三格為絮凝反應池,投加陰離子PAM,并加裝機械攪拌機進行絮凝反應。平流式沉淀池表面負荷為1.0 m3/m2·h,池內裝有往復式桁車刮吸泥機排泥。根據現場調試結果,Fenton催化氧化的最佳反應條件為:pH=3.5,H2O2溶液的加藥量為80 mg/L,FeSO4·7H2O投加量為360 mg/L。在此條件下,出水CODCr為70～85 mg/L,去除率約為52.8%,色度小于16倍。

3.3 曝氣懸浮生物濾池

廢水經過Fenton催化氧化處理后,大分子難降解有機物被分解為小分子有機物,可生化性明顯提高,小分子有機物進入曝氣懸浮生物濾池可以進一步降解去除,從而降低廢水的COD。

曝氣懸浮生物濾池尺寸為20 m×5 m×4.5 m,一座4格,并列運行;單格平面尺寸為5 m×5 m,單池過濾面積是25 m2;曝氣懸浮生物濾池有效容積為420 m3,內置生物陶粒200 m3,填料層高度2 m,填料層底部有濾板和鵝卵石支撐層,下流式布水,濾速為1.0 m/h,有效水力停留時間2.0 h,設計容積負荷為0.5 kg[CODCr]/m3·d。采用微孔曝氣管進行曝氣,曝氣強度4 m3/m2·h。濾板底部設有反沖水管,反沖強度12 L/m2·s,每次反沖洗先氣洗5 min,再汽水聯合反沖洗5 min,最后反沖水洗5 min,反沖洗頻率為24 h進行一次,與曝氣懸浮生物濾池共用反沖水池和反沖系統。

曝氣懸浮生物濾池調試啟動運行20 d后,陶粒表面包裹一層黃褐色生物膜,掛膜完成。出水COD降至65 mg/L,NH3-N降低至0.5 mg/L,TN降至9.5 mg/L,色度小于12倍。出水明顯優于排放標準限值要求。

3.4 清水池

曝氣懸浮生物濾池后設置清水池,主要用于儲存曝氣懸浮生物濾池出水,用以對反硝化濾池和曝氣懸浮生物濾池進行反沖。清水池尺寸為7.5 m×5 m×4.5 m,有效容積160 m3,單格濾池交替反沖。

3.5 運行效果

項目于2021年6月建成開始進行聯動調試與培菌,經過1個月調試運行后,運行穩定。該印染工業園區印染RO濃水經過反硝化濾池+Fenton催化氧化+曝氣懸浮生物濾池聯合工藝處理后,出水持續優于《紡織染整工業水污染物排放標準》(GB4287-2012)中表2水質排放限值要求。近1 年來各單元運行效果見表3。

表3 各單元運行效果

4 經濟技術分析

本工程項目投資費用為920元/噸,運行費用約為2.41元/噸水,其中外加乙酸鈉碳源和Fenton藥劑總費用為2.1元/噸水,電耗廢水為0.01元/噸水,人工費為0.1元/噸水,污泥費為0.20元/噸水。在電導率約為20 000 μs/cm的情況下,采用“反硝化濾池+Fenton催化氧化+曝氣懸浮生物濾池”聯合工藝對RO濃水進行處理,出水水質穩定優于排放標準限值要求。

5 結論

(1)工程實踐證明,將反硝化濾池置于催化氧化之前,有利于反硝化過程溶解氧的控制。在投加外加碳源后,反硝化池溶解氧迅速降低至0.5 mg/L以下,反硝化脫氮迅速,效果穩定。將反硝化濾池置于催化氧化之前還可以充分利用廢水中原有的可利用碳源,節省外加碳源費用。

(2)本項目工程的建設和實踐表明,對于印染工業園區的RO濃水采用“反硝化濾池+Fenton催化氧化+曝氣懸浮生物濾池”聯合工藝進行處理,最終出水COD可降至65 mg/L,總氮降至9.5 mg/L,色度12倍以下,處理效果穩定,出水水質持續優于排放標準要求。

(3)本工程案例采用“反硝化濾池+Fenton催化氧化+曝氣懸浮生物濾池”聯合工藝處理印染工業園區RO濃水,運行效果穩定,投資和運行費用合理,為印染企業或印染集中園區廢水RO處理或類似濃度的廢水處理提供了很好的借鑒,具有良好推廣意義和市場價值。