蜡染印花工艺废水处理设计及运行.pdf

水 污 染 治 理 蜡染印花工艺废水处理设计及运行 * 李婧刘亮高冠道安晓红周蕾 南开大学环境科学与工程学院， 天津 300071 摘要 设计运行了整个蜡染印花废水处理工程， 皂化脱蜡废水松香回收新工艺， 即采用两步调 pH 法 － 周边自重力进 水法， 回收率可达 98 以上; 机械洗蜡废水分流后经双级气浮处理， 蜡回收率和处理水回用率可达 90 以上; 洗蜡废 水经蜡回收后出水与其他废水混合后经初级混凝沉淀 － 水解酸化 － 好氧生化 A/O 工艺－ 辐流沉淀组合工艺处理， 出水 ρ COD 均值约为 130 mg/L， ρ NH3-N 为 3. 36 mg/L， 然后进入市政管网进行深度处理。 关键词 蜡染; 皂化松香回收; 两步调 pH 法; A/O 法 PROJECT DESIGN AND RUN OF BATIK PRINTING WASTEWATER TREATMENT Li JingLiu LiangGao GuandaoAn XiaohongZhou Lei School of Environmental Science and Engineering，Nankai University，Tianjin 300071，China AbstractA wastewater treatment project of batik printing was designed，and the actual operating results were as followsA new technology named two-step pH-adjusting and self-gravity peripheral inlet water distribution was designed to recover rosin in the saponated de-waxing wastewater with a yield of more than 98 ; the split flow containing wax by mechanical action was treated by the double air flotation，the reuse rate of the wastewater and the recovery of the wax were all over 90 ;all the wastewater was then treated by the coagulative settling-hydrolytic acidification-anaerobic and aerobic biochemical A/O - spider flow precipitation process and that such inds COD and NH3-N were around 130 mg/L and 3. 36 mg/L separately. The effluent was finally discharged into the municipal pipe network for further treatment. The whole process was efficient， effective and stable. Keywordswax printing;wax recovery;two-step pH-adjusting ;anaerobic and aerobic process * 国家自然科学基金项目 20803036 ; 国家水体污染控制与治理科技 重大专 项 2008ZX07314- 003- 2 ; 国 家 科 技 人 员 服 务 企 业 行 动 计 划 2009GJA10014 。 山东某印染企业地处南水北调工程沿线及京杭 大运河流域， 蜡染废水中含松香蜡、 靛蓝染料和碱剂 等， 悬浮物含量高，色度高， 水量也非常大， 对周围环 境造成严重威胁。 1废水的水质、 水量及出水标准 该企业生产废水主要由前处理废水、 洗蜡废水和 印花 后 水 洗 废 水 所 组 成。综 合 进 水 水 质 如 下 ρ COD 1 791 mg/L，ρ BOD5 537 mg/L， ρ NH3-N 27 mg/L， 色度 400 倍。废水排水量为 5 000 m3/d， 其中蜡染废水近1 500 m3/d。 出水需达 DB37 /599 － 2006山东省南水北调沿 线水污 染 物综合 排放 标 准 ρ COD≤60 mg/L， ρ BOD5 ≤20 mg/L，ρ NH3-N ≤10 mg/L， ρ SS ≤60 mg/L， pH 6 ～ 9， 色度≤40 倍。但考虑到企业 废水水质、 水量、 停留时间、 污水厂占地面积等， 合同 要 求 出 水 标 准 达 ρ COD ≤ 150 mg/L， ρ NH3-N ≤10 mg/L， ρ SS ≤100 mg/L， pH 6 ～ 9， 色度≤80 倍， 然后将出水排入市政管网进行深度处理达标。 2废水处理工艺流程 因各工段水质、 水量差异较大， 设计采用清污分 流、 分段处理和集中处理相结合的原则; 废水 SS 含量 较大， BOD5/COD 较低， 易采用混凝 A/O 处理的工 艺， 处理工艺流程见图 1。 机械洗蜡废水采用双级气浮工艺进行蜡回收和 重复利用; 皂化洗蜡废水采用两步调 pH 法 － 周边自 重力进水处理除蜡; 洗蜡废水经蜡质回收后的出水与 其他废水混合后进入调节池进行水质水量调节， 然后 经泵提升进入混凝沉淀池。加药去除大部分悬浮物 1 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 注 斜体部分为重点改革的新工艺 图 1废水处理工艺流程 及部分 COD 后， 出水自流进入水解酸化段。在水解 和产酸菌的作用下， 将废水中的大分子有机物分解成 小分子有机物， 使废水中溶解性有机物显著提高; 水 解酸化段出水自流进入好氧段， 在此过程中， 利用好 氧菌吸附、 氧化、 分解废水中的有机物。好氧池出水 进入辐流沉淀池进行泥水分离后达标排放。 3主要构筑物设计 1 皂化酸析搅拌池 2 个， 圆柱状， 不锈钢材质， D1 1. 4 m， h1 2. 2 m。 内设电动搅拌桨、 pH 计控制 的加酸泵。搅拌条件下将皂化废水从强碱性 通常 pH 14 调节到 pH 12 由带 pH 探头的酸泵控制加 酸量 。 2 松香酸析池 2 个， 圆柱状， 钢筋混凝土结构， D2 2. 0 m， h2 1. 1 m。 配有计量加酸泵。池内先进 入一定量的酸， 然后采用周边水力自流方式定量排入 搅拌池出水， V酸 V废水 0. 0057。设计出水 pH 为 5. 0 ～ 6. 5。 3调节池 尺寸为24. 0 m 15. 0 m 4. 5 m， 超 高 0. 5 m，进 水 口 处 设 置 格 栅 井。 设 计 流 量 为 200 m3/h， 内设潜污泵 3 台， 2 用 1 备。汇集各个工 序及蜡印废水经松香酸析处理后的废水。池顶设酸 碱调节罐。调节 pH 至中性。 4 混凝沉淀池 尺寸为16. 0 m 4. 0 m 4. 5 m， 超 高 0. 5 m，设 计 流 量 200 m3/h，表 面 负 荷 为 3. 1 m3/ m2h ， 超高0. 3 m， 设行车式自动吸泥机 1 台， 行车速度1. 1 m/min。 整机功率4. 4 kW， 轨距4 m。 随机配有吸泥管将污泥吸入贮泥池。池顶设混凝剂 聚合氯化铝铁 PAFC 加药装置及粉煤灰贮存池。 混凝剂与粉煤灰复合投加混凝脱色。 5 水解酸化池 1 座， 钢筋混凝土结构， 尺寸为 35. 0 m 31. 5 m 4. 5 m， 有效水深为4. 0 m， 有效容 积为 4 410 m3， HRT 为 1. 02 d， COD 容 积 负 荷 为 0. 996 kg/ m3d ， 出水采用自动高效脉冲布水器布 水进入水解酸化段， 水流速度很快， 能在短时间内完 成布水， 达到脉冲的效果。 6 接触氧化池 1 座， 钢筋混凝土结构， 尺寸为 59. 5 m 31. 5 m 4. 5 m， 有效水深为4. 0 m， 有效容 积 7 497 m3，HRT 为 0. 60d，COD 容 积 负 荷 为 0. 114 kg/ m3d ， ρ DO 为 0. 9 ～ 1. 2 mg/L。生化 系统需要的氧气由鼓风机供给。每隔 1 m 设置悬挂 式曝气管曝气。 7 辐流沉淀池 池径19. 4 m， 池深4. 5 m。 刮吸泥 机 1 台， 周边速度1. 26 m/min， 整机功率2. 2 kW。 溢 流堰出水。 8 污泥压滤设备 带式压滤机 2 台， 抽泥机 2 台， 高位储泥罐 1 座。污泥脱水剂采用聚丙烯酰胺。抽 泥机将污泥抽送到高位储泥罐， 再以自重力方式流入 带式压 滤 机 脱 水， 可 日 处 理 50 t 含 水 量 为 80 的 污泥。 4工程调试 4. 1氧化松香回收工艺调试 蜡染印花企业的皂化洗蜡废水处理技术不是很 成熟， 现 有 的 各 种 松 香 酸 析 法 都 采 用 一 步 调 pH 法 ［ 1- 5］， 经现场小试证明 搅拌加酸气浮机械脱除 非结合水热风烘燥或者晾晒除去结合水的方法， 或 者采用搅拌加酸气浮刮板分离加热管加热结 块的方法 ［ 6］均能有效实现精确加酸和“蜡” 水分离， 但缺点是松香聚集状态不好， 回收率较低， 能耗高。 低温一步搅拌加酸法 ［ 7］可精确控制加酸量， 但析出 松香碎散， 易随水流失或者沉降。高温加热法 ［ 7］将 车间温度变化很快的来水统一加热到60 ℃ 以上， 加 酸分离。此法松香聚集状态良好， 回收率高， 但缺点 是能耗大， 且高温下黏稠的松香极易堵塞管道。一步 无搅拌加酸法析出松香聚集状况较好， 但存在耗酸量 大， 松香絮凝状态不好， 易随水流出等问题。在总结 前面工作基础上设计了高效低能的新工艺。 现场实验确定影响松香析出率、 析出效果 聚集 状态 和酸耗的因素主要有 温度、 pH、 扰动强度。1 最适温度为 38 ～ 45 ℃ 。温度太高， 过热的松香状态 黏稠， 极易堵塞反应管道。温度太低， 析出松香不易 聚集分离， 且分离后含水量较高。2 较大的扰动 如 搅拌， 甚至是较强烈的水自流冲击 会使析出的松香 2 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 颗粒细碎， 不易与水分离。3 将 500 mL 皂化洗蜡废 水， pH 调到 13. 17 之后， pH 及松香析出量 按全部析 出为 10 份计 随加酸量变化趋势如图 2。 图 2pH 及松香析出量随加酸量变化情况 综合所有实验结果， 设计工艺采用两步调 pH 法， 即将 pH 调到 6 以下 第 1 步， 在搅拌条件下将废水从强碱性 通常 pH 14 调节到 pH 12。此时基本没有松香析出， 搅拌 不会对松香的聚集状态有影响。第 2 步， 将废水从 pH 12 调到 pH≤6， 加酸量可确定。在实验综合分 析各种水质的基础上确定一个加酸量安全值 V酸 V废水 0. 0057。由此两步实现了加酸量精确控制。 第 2 步进酸方式为 池内先进一定量的酸， 然后采用 周边水力自流方式进定量的蜡染废水 pH 12 。 新工艺优势 1 在不采用复杂设备和低能耗的 情况下， 两步加酸法将最终 pH 精确控制在 5. 5 ～ 7. 0， 而原工艺一般要调到 pH 为 1 ～ 2， 在保证松香回 收率和聚集状态的基础上节省了加酸量。为适应后 续生化处理的需要， 一般加烧碱将出水 pH 调节到 7 左右， 因此新工艺同时减少了烧碱投加量。2 避免 了车间来水温度变化对处理效果产生影响。在任何 温度下， 周边水力自流进酸方式都能使析出松香聚集 状态良好， 易于与水分离， 避免了随水流出和沉降现 象。较之加热法耗能低， 比低温法回收率高。3 第 二步采用静态周边水自流方式进水， 避免了扰动， 松 香析出状态好， 回收率高。 4. 2水解酸化池调试 水解酸化池菌类生长状况较差。研究发现酸化 池营养物质低， 氮、 磷元素不足。故需实时监测， 向酸 化池中投加一定比例的玉米淀粉、 KH2PO4、 人畜粪 便， 效果良好。 4. 3混凝沉淀池调试 混凝沉淀池污泥上翻现象严重， 污泥量大， 为后 续处理带来很大压力。改用粉煤灰掺杂聚合氯化铝 铁 PAFC 做絮凝剂， 提高了脱色率 ［ 8］， 悬浮物沉降 效果好， 絮体沉降紧实， 污泥量减少， 减轻污泥上翻现 象及后续污泥处理的工作量。 5处理效果分析 16 d内整个工段运行色度和 COD 如图 3 所示， 系统运行稳定 ρ COD 均值为131 mg/L， 色度均值为 60 倍， ρ NH3-N 均值为 3. 36 mg/L， 各项指标均低于 合同标准。 图 316 d 内色度和 COD 指标变化情况 6结论 1 采用两步调 pH 法 － 周边自重力进水方式进 行松香酸析回收， 运行结果表明 该方式设备简单， 可 实现自动化， 松香析出状态好、 回收率高， 能耗、 酸耗 低。皂化后的松香可全部回收利用， 新、 旧蜡比例已 达2∶ 8， 大大节约了新松香的用量。同时改善了洗蜡 废水水质， 减少了后续生物处理的压力。 2 整个综合污水处理系统可行， 运行稳定、 效率 高， 出 水 ρ COD 均 值 为 131 mg/L，ρ NH3-N 5 mg/L， 出水可进入市政管网进行深度处理。 参考文献 ［1 ］ 柳荣展， 张玮， 朱术军， 等. 蜡染印花生产废水处理工程扩改设 计［J］ . 环境工程， 2006， 24 5 91- 93. ［2 ］ 柳荣展， 马 兆 立， 刘 嵘. 蜡染印花生产废水处 理与综 合 利 用 ［J］ . 工业水处理，2006， 26 5 85- 88. 下转第 17 页 3 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 床空隙中的生物颗粒和非生物颗粒不断积累， 滤池的 过水通道逐渐减小， 滤池内的水头损失不断增大， 出 水水量会相应的减小， 发生 “穿透” 现象， 从而使出水 水质变差， 影响了曝气生物滤池运行的稳定性， 需要 对滤池进行反冲洗， 去除滤池内的老化生物膜及滤床 截留的 SS， 以恢复其正常的净水功能。这是 BAF 运 行的重要环节。但是， 曝气生物滤池的反冲洗只是疏 通， 而不是冲洗干净。所以， 反冲强度和时间的把握 是反冲洗成功与否的关键。 目前普遍采用的反冲洗方式是气水联合反冲洗， 即先气洗， 再用气、 水联合反冲洗， 最后用水漂洗。不 同形式、 不同滤料的曝气生物滤池， 其反冲洗强度、 历 时、 周期各不相同， 用水量和用气量也存在较大差异。 根据污水的特点以及本设计采用的池型结构， 调试中 根据实 际 操作 情况 确 定 水 反 冲 洗 强 度 为 5. 83 L/ m2s ， 符合初步设计中确定的水反冲洗强度为 4 ～ 8 L/ m2s ; 并根据设备配置确定气反冲洗强度为 16 L/ m2s 。此外， 根据各池堵塞状况并参考其他 文献资料， 确定反洗周期为 5 d， 各反冲阶段时间分 配 气洗时间为 5 min， 气水联合洗时间为 3 min， 水漂 洗时间为 5 min， 总反洗时间为 17 min 包含开阀、 闭 阀时间 。反洗后， 大约 6 h 出水恢复到反洗前的处 理效果。 实践证明按确定的反冲强度和时间去操作， 不但 反冲效果较好， 而且反冲程序也比较方便。 4结论 1 取焦化厂 A2/O 工艺中污泥浓缩池的污泥进 行接种挂膜， 可缩短污泥驯化时间， 较短时间内就可 达到稳定的处理效果。 2 生物法处理废水时， 若废水的可生化性很差 就很难达到预想的处理效果。因此， 本工程中要严格 控制焦化尾水的 ρ COD ≤150 mg/L。 3 从曝气生物滤池的运行来看， 进水有机负荷 对 NH3-N 的去除效果影响很大， 低负荷运行时期， 氨 氮被完全去除; 高负荷运行时期， BAF 对氨氮的去除 效果较差， 仅 23 。 4 滤池对 SS 的去除稳定且高效。滤料层能很 好的发挥其拦截作用。 5 根据对 BAF 水质及运行情况的分析， 确定水 反冲洗强度为 5. 83 L/ m2s ; 气反冲洗强度为 16 L/ m2s ; 确定反洗周期为 5 d， 各反冲阶段时间分 配 气洗时间为 5 min; 气水联合洗时间为 3 min; 水漂 洗时间为 5 min， 总反洗时间为 17 min 包含开阀、 闭 阀时间 ; 反洗后， 约 6 h 出水恢复到反洗前的处理 效果。 6 曝气生物滤池具有一定的抗有机负荷冲击能 力。滤池内微生物可适应较差的水质环境。 参考文献 ［1 ］ 叶少丹， 马前， 李义久， 等. 焦化废水生物处理研究进展［J］ . 工 业水处理， 2005 25 9- 12. ［2 ］ 亓雪山， 栾兆爱， 陈秀忠， 等. 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