高效低成本電生化膜深度處理印染廢水示范工程
紡織印染行業(yè)生產(chǎn)廢水具有水量大、高鹽分、高COD、處理困難等諸多特點(diǎn)，對大部分企業(yè)進(jìn)行實(shí)際水質(zhì)檢測的結(jié)果表明，經(jīng)處理后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的染色廢水尾水，由于含有染料、表面活性劑、膠質(zhì)、軟水劑、退漿廢水、堿減量廢水等的各類無機(jī)、有機(jī)殘余物，水中含鹽量往往達(dá)到1 000 mg/L以上，總硬度也遠(yuǎn)高于150 mg/L，而且均是用普通的石灰法等難以去除的永久硬度［1～3］，因此即使生化處理后通過常規(guī)加藥能去除大部分色度，如未經(jīng)脫鹽處理，也不可能滿足現(xiàn)代印染工藝用水水質(zhì)要求，因此紡織印染廢水的處理首先要考慮COD、色度等的去除，然后還要經(jīng)過脫鹽等深度處理工藝，才能達(dá)到回用水質(zhì)的要求。
現(xiàn)有的印染廢水處理技術(shù)還不夠成熟［4，5］，一般只局限于簡單的處理回用和水質(zhì)要求不太高的前道工序循環(huán)使用，主要原因在于膜前進(jìn)水COD濃度等仍然較高，會導(dǎo)致膜堵塞，膜的更換使得回用水處理成本較高，致使目前印染廢水回用率較低，全國平均只有7%左右，廣東省2006年僅11．6%，主要還是冷卻水等。
筆者開展了“磁懸浮/噴動床耦合、微電解/電氧化/Fenton反應(yīng)系統(tǒng)集成的電氧化處理→高效生化處理→電除鹽纖維膜水回收系統(tǒng)”集成技術(shù)創(chuàng)新研究，并在廣東省東莞市某紡織廠建立了3 000 m3/示范工程。該系統(tǒng)采用電除鹽系統(tǒng)代替目前常用的RO膜除鹽，解決了脫鹽工序膜堵塞的難題，且降低了脫鹽工序?qū)M(jìn)水水質(zhì)的要求。該技術(shù)應(yīng)用于紡織印染企業(yè)，可將外排污染物總量減少1/3以上，廢水回用率達(dá)90%以上。該系統(tǒng)采用電氧化和電除鹽技術(shù)構(gòu)成一個(gè)電生化膜系統(tǒng)，簡稱EBM工藝，已申請專利(申請?zhí)?200810198618．8)。
1·原水水質(zhì)、水量及排放標(biāo)準(zhǔn)
示范工程設(shè)計(jì)處理水量為3 000 m3/d。原水水質(zhì)及設(shè)計(jì)出水水質(zhì)如表1所示。
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處理后出水水質(zhì)需達(dá)到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923—2005)和《循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(HG/T 3923—2007)，且水回用率要達(dá)到90%以上。
2·處理工藝流程
該系統(tǒng)工藝流程分兩段:上段是補(bǔ)充河水處理工段，補(bǔ)充河水為東莞市河水，為地表Ⅴ類水;下段是3 000 m3/d廢水處理工段。
其中的1 200 m3/d廢水經(jīng)集成電氧化系統(tǒng)、高效生化系統(tǒng)、斜板澄清處理后，直接和補(bǔ)充水混合，經(jīng)物化處理后進(jìn)入廠內(nèi)現(xiàn)有離子交換塔軟化，軟化水用于染色。
其中的1 800 m3/d廢水經(jīng)集成電氧化系統(tǒng)、高效生化系統(tǒng)、斜板澄清處理后，再經(jīng)過電除鹽，出水(1 260 m3/d)用于漂洗。
將540 m3/d電除鹽濃水、255 m3/d離子交換再生洗水和62 m3/d鍋爐排污的高硬度水一起集中到2臺20 t鍋爐除塵噴淋脫硫系統(tǒng)用作噴淋水，蒸發(fā)375 m3/d，剩余482 m3/d進(jìn)入原有舊生化池處理后，取300 m3/d回用于沖廁所、洗地板、澆花等。廢水循環(huán)利用率為93．9%。工藝流程見圖1。
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2.1電氧化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
電氧化系統(tǒng)采用磁懸浮/噴動床耦合技術(shù)、微電解/電氧化/Fenton反應(yīng)系統(tǒng)集成技術(shù)。工藝流程如圖2所示。
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微電解處理設(shè)備為采用電脈沖磁懸浮/噴動床技術(shù)耦合的圓柱形塔，高約3 m，直徑為1．5 m，在塔中心放置300 m、高為1．5 m的塑料筒，在筒外纏繞銅線圈，筒里放置高約1 m、具有高電位差的鐵鋁合金熔合銅鉻等催化劑經(jīng)高溫微孔活化而成的填料，填料直徑約1 mm。采用電脈沖和脈沖進(jìn)水方式，通電時(shí)，銅線圈產(chǎn)生的磁力使填料上浮，結(jié)合脈沖進(jìn)水的上沖力，使填料處于流化狀態(tài)，能有效地防止填料板結(jié)及失效，大大提高了微電解的效率，并因采用脈沖運(yùn)行而使動力能耗大大減小。
電氧化設(shè)備為圓柱體，高約3 m，直徑為1．5m，在內(nèi)部放置鈦涂釕/鐵復(fù)合電極板，一般0．5 m2電極板/m3水，電流密度為300 A/m2。電氧化過程中的氧化作用可以分為直接氧化和間接氧化，直接氧化使污染物直接在陽極失去電子而發(fā)生氧化，間接氧化則利用溶液中的電極電勢較低的陰離子(例如OH－、Cl－)在陽極失去電子生成新的較強(qiáng)的氧化劑的活性物質(zhì)［·OH］、［O］、［Cl2］等，使污染物失去電子，起氧化分解作用，以降低廢水中的BOD5、COD、NH3－N等。鈦涂釕/鐵復(fù)合電極基本不發(fā)生磨損，使用壽命長，效率高。
Fenton反應(yīng)在電氧化槽內(nèi)就已發(fā)生，但在偏堿性環(huán)境中反應(yīng)速度慢，經(jīng)過澄清的上清液中仍然含有Fe2+，在這里輸入微波催化，停留一段時(shí)間，F(xiàn)en-ton反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，而且反應(yīng)加速，效率更高。
集成微電解/電氧化/Fenton反應(yīng)的處理系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝和操作，具有足夠的電氧化電壓差、電流，并設(shè)有氧化還原電位儀，根據(jù)水質(zhì)情況自動調(diào)節(jié)相應(yīng)的工作電壓，確保將大分子有機(jī)物、環(huán)狀化合物降解為直鏈小分子化合物，提高可生化性。此電化學(xué)集成系統(tǒng)能夠一次性實(shí)現(xiàn)65%的COD去除率、70%的色度去除率、60%的氨氮去除率，極大地提高了廢水的可生化性，降低廢水處理的有機(jī)負(fù)荷。
2.2高效生化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
高效生化系統(tǒng)包括延時(shí)厭氧、短程好氧、電絮凝反應(yīng)、斜板澄清四個(gè)工段。工藝流程見圖3。
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延時(shí)厭氧是將厭氧時(shí)間延長到16～48 h，同時(shí)在厭氧池巧妙設(shè)計(jì)生物填料及水流分布，形成均勻推流式水力條件，馴化優(yōu)勢菌種，從而加快生物還原過程，其最大優(yōu)點(diǎn)是脫色性能好、能耗低。
短程好氧是將好氧時(shí)間縮短為4～6 h，可降低風(fēng)機(jī)能耗，大大降低生物負(fù)荷，同時(shí)根據(jù)情況選用空氣或富氧曝氣。
電絮凝反應(yīng)采用Fe、Al電極，產(chǎn)生鐵、鋁絮凝體，既可有效絮凝懸浮物，又有新生態(tài)的Fe、Al產(chǎn)生，脫色、氧化功能強(qiáng)，根據(jù)相應(yīng)的氧化還原電位自動調(diào)節(jié)電壓、電流值，保證新生態(tài)Fe、Al不過量。斜板澄清技術(shù)結(jié)合自來水行業(yè)最成熟先進(jìn)的池型結(jié)構(gòu)和水力條件，采用斜板澄清池強(qiáng)化澄清效果，以提高后續(xù)電除鹽系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
生化池采用延時(shí)厭氧、短程好氧工藝，出水COD＜50 mg/L，色度＜10倍，SS＜10 mg/L。
2.3電除鹽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)工藝采用RO膜回收水，本項(xiàng)目采用電除鹽系統(tǒng)，包括砂濾、纖維過濾、電除鹽系統(tǒng)。由于電除鹽系統(tǒng)所要求的進(jìn)水水質(zhì)比RO進(jìn)水低很多，因此只要經(jīng)過砂、纖維過濾就可以達(dá)到要求，而不會出現(xiàn)RO膜的堵塞問題。
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電除鹽系統(tǒng)在直流電場的作用下，利用選擇性透過膜形成淡水和濃水，有效脫鹽，使產(chǎn)水的COD、總含鹽量、色度保持在一個(gè)合理水平。通過對直流電源及主體設(shè)備的改進(jìn)，既保證了系統(tǒng)正常運(yùn)行，又保證了染色、漂洗用水水質(zhì)，而且運(yùn)行費(fèi)用僅為RO系統(tǒng)的50%。
通過電脫鹽工段后，出水COD＜30 mg/L，TDS＜100 mg/L，色度＜4倍，SS＜2 mg/L，濁度＜1NTU，硬度＜10 mg/L，Cl－＜30 mg/L。
2.4集成電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
電氣系統(tǒng)由PLC控制，采用高亮度LED監(jiān)視器，使用方便的操作面板，控制系統(tǒng)與現(xiàn)場水位通過液位器、ORP等來傳遞，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。
3·廢水處理效果
電生化膜(EBM)系統(tǒng)各段處理效果見表2。
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4·成本分析
傳統(tǒng)生化工藝一般通過增大好氧池(即曝氣池)、強(qiáng)烈曝氣來脫除色度和COD，污泥回流量大，基建和運(yùn)行費(fèi)用很高，因?yàn)榭紤]占地面積問題，厭氧池設(shè)計(jì)很小，厭氧停留時(shí)間很短，有的就將調(diào)節(jié)池作為厭氧池，忽略了厭氧池的功效，出水COD一般為100 mg/L左右，色度為300倍［5，6］。本系統(tǒng)采用電氧化、延時(shí)厭氧、短程好氧工藝，基建和運(yùn)行費(fèi)用是傳統(tǒng)工藝費(fèi)用的50%。由于印染廢水水質(zhì)波動極大，電氧化工序的增加有效降低了生化池的負(fù)荷，提高了系統(tǒng)的可靠性，本系統(tǒng)可以做到出水COD＜60mg/L，色度＜100倍，運(yùn)行穩(wěn)定。
回用工藝中，傳統(tǒng)工藝一般采用RO膜回收水［7］，RO膜對進(jìn)水水質(zhì)要求條件較高，要求COD＜15 mg/L，SDI＜5，濁度＜1 NTU，余氯＜0．1 mg/L，且不含其他氧化劑，所以前處理工序煩瑣，不但必須要增加超濾等精密過濾設(shè)備，而且要投加還原劑、軟化劑等，投加的藥劑最終在濃水中聚集，需要進(jìn)一步處理。另外，RO系統(tǒng)需要高壓泵輸水，控制閥門多，常發(fā)生機(jī)械故障，最重要的是運(yùn)行能耗高，至少2～2．5元/m3(不含人工費(fèi))。
按照100 m3/h水量計(jì)算，RO膜系統(tǒng)平均造價(jià)約350萬元，膜成本約占40%，則RO膜要投資140萬元，目前常規(guī)工藝的膜壽命為一年，則膜的損耗約2．33元/m3，整體運(yùn)行費(fèi)用就是4．33～4．83元/m3，膜的清洗費(fèi)用還沒有計(jì)算在內(nèi)。而本系統(tǒng)采用電除鹽系統(tǒng)，對進(jìn)水水質(zhì)的要求比RO低很多(COD＜60mg/L，SDI＜20，濁度＜3 NTU，余氯＜1 mg/L)，所以對前處理要求就不是很嚴(yán)格，通常只要經(jīng)砂、纖維過濾后就可直接進(jìn)電除鹽系統(tǒng)，前處理系統(tǒng)在能耗方面就節(jié)省1/3，電除鹽常規(guī)輸水泵就可以滿足要求，運(yùn)行能耗又降低2/3，約0．8元/m3(不含人工費(fèi))。若按照100 m3/h計(jì)算，電除鹽膜系統(tǒng)平均造價(jià)為200萬元，膜成本約占40%，則膜要投資80萬元，由于進(jìn)水水質(zhì)的改善，膜的使用壽命可延長至2年以上，以2年計(jì)算，膜的折舊費(fèi)約為0．67元/m3，整體運(yùn)行費(fèi)用只有1．47元/m3，污水處理成本降低1/2以上。
5·結(jié)論
采用電生化技術(shù)和電除鹽技術(shù)處理紡織印染廢水，電生化出水COD＜60 mg/L，符合電除鹽膜的進(jìn)水水質(zhì)要求，電除鹽系統(tǒng)本身設(shè)置自動倒電極，濃水室和淡水室交替變換，有效降低了污染物的停留時(shí)間，消除了污染物的滋長可能性，所以電除鹽系統(tǒng)能保證穩(wěn)定運(yùn)行3年以上，而且電除鹽膜清洗簡單，只要3%～5%的鹽酸即可，清洗藥劑費(fèi)用比RO膜低很多，清洗頻率比RO膜系統(tǒng)小。因此，本系統(tǒng)能有效解決膜堵塞的問題，且整體運(yùn)行費(fèi)用降低，水回用率達(dá)90%以上。
參考文獻(xiàn):
［1］謝春生，黃瑞敏，肖繼波，等．曝氣生物濾池－納濾深度處理印染廢水的研究［J］．中國給水排水，2007，23(15):69－72．
［2］阮新潮，王濤，曾慶福．印染廢水的深度處理及回用［J］．工業(yè)水處理，2006，26(4):22－24．
［3］賈洪斌，王力民，毛江東，等．印染廢水深度治理及回用技術(shù)［J］．印染，2003，(4):23－25．
［4］Duarte Filipa，Maldonado-Hodar F J，Perez-Cadenas A F，et al． Fenton-like degradation of azo-dye OrangeⅡcata-lyzed by transition
metals on carbon aerogels［J］．ApplCatalysis，B:Environ，2009，85(3/4):139－147．
［5］秦永生，孫長虹，武江津．生物活性炭工藝用于廢水深度處理的設(shè)計(jì)［J］．中國給水排水，2003，19(9):88－91．
［6］Badania Z，Ait-Amar H，Si-Salah A，et al．Treatment of textile
wastewater by membrane bioreactor and reuse［J］．Desalination，2005，185(1/3):411－417．
［7］尤雋，任洪強(qiáng)，嚴(yán)永紅．BAF/U/RO聯(lián)合工藝深度處理印染廢水中試［J］．中國給水排水，2006，22(21):82－84．
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