紡織染料廢水處理工程工藝探析

戴順虔

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 廢水水質概況

某紡織公司從事織物面料織染和后整理加工，主要產品為牛津布、滌塔夫、春亞紡等多種純滌綸織物，其生產廢水主要來自于面料處理和印染過程中的煮練、漂白、染色等工序。該公司改造采用簡單的混凝-沉淀工藝，進出水水質見表1所列。

表1 進出水水質指標一覽表

2 現狀分析及工藝改造要求

該廠實際生產過程中，其污水產生量最高為 ：1800 m3/d，平均為：1600 m3/d。改造前采用混凝-沉淀工藝，流程見圖1所示，構筑物及設備見表2所列。由于企業生產規模的擴大和生產工藝的改變，改造前的污水處理設施已無法達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)的二級排放要求。

圖1 改造前污水處理工藝流程圖

表2 改造前污水處理設施構筑物及設備一覽表

該廠主要使用分散染料，面料全部為滌綸材質，印染顏色豐富，70%為黑色染料。印染工藝前處理段使用大量液堿，pH高。面料染色時印染液pH呈中性，采用高溫染色工藝。

該廠所在地河水受污染嚴重，企業生產用水全部為經石英砂過濾處理后的河水，所以并未對企業生產產生影響，水質分析見表3所列。企業對回用水水質情況以實際生產要求為準。企業預留約1600 m2土地，要求新建一座2000 m3/d污水處理站，執行《污水綜合排放標準》二級標準。同時為減少污水排放，提高污水回用率，要求建污水回用處理設施，回用率要求達到 50%，回用水質標準以企業實際生產用水要求為準。新建污水處理設施要求操作簡單、穩定性強、運行成本低，并對出水水質進行監控。

表3 生產用水水質一覽表

3 工藝分析與設計

3.1 工藝設計分析

（1）根據企業產生的污水所作的分析，新建污水處理工程如果采用全生化工藝需要較長的停留時間，且土地面積有限，故采用物化-生化工藝。此外需充分利用原有的調節池和污水處理設施。

（2）在企業生產過程中的煉煮環節需要使用液堿導致原水pH較高，不利于后續處理，需要較大的調節池以調節水質變化[1]。

（3）污水處理后進行回用處理，在簡單穩定的要求下宜采用物化法，設置混凝區和沉淀池，同時設置砂濾和碳濾以保證出水水質。將回用的沉淀池改成氣浮池，保證處理效果。

（4）企業生產使用分散染料，存在生化后水質顏色發紅的問題，需要進行脫色處理。

3.2 工程設計

依據該廠的水質水量，單純采用物化法難以滿足達標處理的需要，同時考慮到要對處理后的水進行部分回用，以提高經濟效益。為充分利用現有設施，提高土地利用率，將原先的污水處理設施全部改為調節池，使得調節池的容積達到560 m3，格柵沿用原有設施。除以上設施，其余污水處理設施和污水回用設施新建。原有污水處理設計與新建設施之間因有生產車間相隔，故采用牽引施工方式相連，中間設置閥門。在新設計處設集水池以調節流量。

依照該公司的實際情況，選用工藝成熟、運行穩定的物化→水解→曝氣氧化工藝[2]、[3]，部分出水經氣浮脫色劑處理，再經過石英砂過濾→活性炭過濾實現回用。工藝中投加混凝劑，選擇聚合硫酸鐵、PAC、聚合硫酸鋁鐵、硫酸亞鐵[4]進行比較，PAC在實際使用中效果不佳，硫酸亞鐵在多次實踐中發現對于印染廢水有更好的去除效果，最后采用硫酸亞鐵作為混凝劑。

使用液堿對pH進行調節，采用計量泵加藥，從而避免了使用石灰所產生的占地大，污泥多等問題。混凝效果見表4所列，最終確定改造設計工藝流程如圖2所示。

表4 混凝劑效果一覽表

圖2 改建后的工藝流程圖

4 主要構筑物和設備及其作用

該工程處理設施構筑物均為鋼混結構，構筑物尺寸及配置設備見表5所列。

（1）調節池為原有污水處理設施改建，總容積560 m3，有效容積 480 m3。設計停留時間為4.15 h。通過原有提升泵提升至高點后，依靠重力和地埋拖拉管流入新建污水處理設施。后設置冷卻塔，降低水溫。

（2）加藥反應池采用機械攪拌，以縮減池子容積。初沉池采用輻流式沉淀池，表面負荷為0.75 m3/（m2·h）。

（3）水解酸化池，曝氣池和二沉池合建成綜合池。水解酸化池采用接觸反應工藝，內設立體彈性填料，同時使用潛水攪拌機，以提高接觸率，設計停留時間為12.5 h。曝氣池與水解酸化池采用相同的填料。曝氣采用高溶解氧轉化率的管式一體曝氣器。配有兩臺變頻風機，單臺風機汽水比為10∶1，兩臺風機可同時啟動運行。二沉池為輻流式沉淀池，采用多斗重力排泥，設計表面負荷為0.75 m3/（m2·h）。

（4）改建原污泥脫水設施，新建污泥脫水機房與污泥堆棚合建。采用履帶式輸送裝置，減少占地。

（5）氣浮池原設計為斜板沉淀池，考慮到二沉出水 COD、SS等個指標都已降低，二次加藥后污泥較輕，沉淀差，表面負荷大，改為氣浮池。同時使用脫色劑，去除水中色度。中間水池和回用水池都為蓄水池，為回用水的進一步處理和使用作設計。

（6）氣浮后的回用水依然存在SS、濁度、色度等有影響的污染物質。使用石英砂和活性炭予以過濾[5]，以提高水質。采用機械過濾的方式提高處理速度，減少占地。

表5 構筑物及設備一覽表

5 調試及運行情況

初期調試（2013年12月21日至2014年1月8日），將未經稀釋的污水注入水解酸化池和曝氣生化池，測得 CODcr≥1500 mg/L，pH 為 12左右，NH3-N在 11 mg/L左右[1]。印染廢水水溫較高，剛注入的時候達到 20°C以上。投加袋裝商品菌種，厭氧(A)池 15 t，好氧(O)池 25 t，pH 降至8.5左右，曝氣池控制DO在 3～6 mg/L。同時投加適量的面粉、尿素、磷肥保證營養供應。在菌種投加完成后悶曝3 d，于 2013年12月21日開始少量進水，逐步增加水量，污泥全部回流到好氧（O）池。至2014年1月5日全部進水，出水達標。通過觀察好氧（O）池及其填料，發現水中污泥量極少，填料上未出現掛膜，證明微生物較少，出水還有進一步的提升空間。厭氧（A）池進水 pH≥8.5，出水發黑 pH為 7.5～6.5，池內出現少量氣泡產生，表明有初步的水解作用。

2014年1月9日開始沒有進水，曝氣繼續運行，溶解氧控制在 DO≤6 mg/L，投加少量營養物質維持微生物的生存。調試初期各個池的出水CODcr變化見圖3所示。

圖3 調試初期CODcr變化曲線圖

2014年1月31日再次調試，初期少量進水，每日逐量增加至2月4日設計進量。經過10 d左右，生化出水污泥量明顯增加，風機由25 Hz升至50 Hz，好氧（O）池填料上的生物膜初具規模，出水CODcr降至200 mg/L以下，BOD5在 10 mg/L以下，填料掛膜完成。氧化池生物膜培養成熟后，將回流污泥部分引入厭氧池，提高厭氧池的污泥量。DO達到 0.1 mg/L以下。隨著氣溫的升高，進水水溫由 25°C升至30°C以上，水解作用顯著增加。至3月底，水解出水實現了10%左右的CODcr去除率。這期間各個池的CODcr的變化趨勢見圖4所示，去除效率見圖5所示。

圖4 第二次調試期間CODcr趨勢曲線圖

圖5 第二次調試期間各個處理單CODcr去除效率變化曲線圖

在3月中旬生化出水穩定后，開始進行回用處理調試。由于生化后再物化污泥輕、沉降性不佳，將原先設計的斜板沉淀池改為氣浮池，使用PAC作為混凝劑、Transfar TF-270B脫色劑，PAM作為助凝劑。SS、CODcr有很好的去除效果，但脫色效果不佳，色度達到32倍，經過砂濾和碳濾后色度降低不明顯。對回用處理后的水進行取樣及車間試生產，使用效果達到預期目的。正常運行各單元的處理效果見表6所列。

表6 穩定運行后各段水質狀況一覽表

6 調試問題及分析

6.1 活性污泥與生物膜

活性污泥量是指池水中區別于填料上的生物膜的活性污泥含量。初期為提高 好氧（O）池的掛膜率，二沉池中的污泥全部回流至好氧（O）池。活性污泥量逐步上升，當達 到 SV30=10時，剩余污泥回流入水解池，出水較為穩定。觀察填料，好氧（O）池1號池填料生物膜幾乎沒有，2號池生物膜量較少。3號、4號池生物膜生長狀況良好，CODcr降解主要依靠填料上的生物膜。

在提高 SV30至25，MLSS達到2000 mg/L以上時，生化池4個池中的填料上微生物普遍減少，發黑缺氧，同時微生物個體小，水中的微生物濃度并沒有提高，剩余污泥處理量增加，出水沒有提高的跡象。因此在容積負荷一定的情況下，懸浮污泥與生物膜存在競爭關系。

6.2 溶解氧

印染廢水多次調試的結果表明，好氧（O）池末端溶解氧適宜控制在2～4 mg/L。較高的溶解氧有利于原生動物的生長繁殖。生化池1池長期處于DO≤0.5 mg/L的缺氧狀態，使得填料上幾乎沒有生物膜附著。生化2號、3號池中DO在0.5～1.5 mg/L之間變 化，生物膜生長良好，原生動物大量聚集，到生化3池末端，CODcr已經實現了 生化去除率90%以上。生化4號池子在高溶解氧下運行，微生物個體大，出水清澈，在進水CODcr劇烈變化的時候，能保證出水質量。

實踐中，停水后開一臺風機（50 Hz），進水5 h后開兩臺風機（50 Hz+50 Hz），始終保證末端DO≥3 mg/L，減少電能消耗的同時能實現高去除率，同時對生物膜沒有產生影響。

6.3 水溫

印染廢水水溫普遍較高。調試期在冬季，氣溫0°C左右，連續進水水溫能達到25°C以上。隨著氣溫回升，水溫進一步提高。較高的水溫（≤37°C）使得好氧（O）池較快地實現出水達標，厭氧（A）池實現水解效果。隨著水溫超過 38°C，生化系統依然穩定，出水正常，污泥性狀良好，沉淀速度快。冷卻塔未及時到位，在調試完成后運行時生化系統水溫最高升至42°C，生化出水依然達標，但污泥沉降速度減慢，污泥蓬松。在冷卻塔安裝到位正常使用后，采取提高進水 pH，適量加大污泥排放，投加大糞的方式，在2個星期后絲狀菌基本消除，污泥性狀恢復正常。

6.4 水解污泥

為提高厭氧（A）池（以下稱A池）的水解效果，普遍采用的方式是提高A池的污泥量。初期投加菌種后A池就出現了發黑發臭，池面冒氣泡的現象。為提高污泥量，采取大量好氧（O）池剩余污泥回流至A池的措施。進行一段時間后A池發生出水帶泥，底部翻泥的現象。檢測發現，A池水中污泥含量達到了1.28 g/L，但填料上沒有污泥的附著。為減少出水帶泥對好氧（O）池的影響，停止剩余污泥的回流。調整運行近10 d后，A池出水帶泥的問題解決，填料上附著薄薄的一層黑色顆粒狀污泥，同時實現了對A池的CODcr去除率。

6.5 碳氮比

對于 A池出水的多次監測中發現，NH3-N在10～12 mg/L之間浮動，BOD5均值在350 mg/L左右。以 C(BOD5)：N=100∶5 計算，每日 1600 m3的水量需要氮素28 kg，實際水中的含有的氮素16 kg（以NH3-N=10 mg/L計算），需要外源投加氮素12 kg/d，即豬糞26 kg/d（含氮量46%）。在調試初期每日投加豬糞25 kg，至2014年1月5日全部進水，好氧（O）池出水測定 NH3-N只有 5.6 mg/L出水CODcr持續上升。調整豬糞投加至50 kg/d并保持該量，出水CODcr下降至穩定。再次調試時豬糞投加50 kg/d不變，至調試完成好氧（O）池出水NH3-N含量在10～15 mg/L之間。以此計算，外源氮素投加為 23 kg/d，剩余 19.2 kg/d (以出水NH3-N=12 mg/L計算)，實際利用氮素為 3.8kg/d（豬糞 8.26 kg），而 C(BOD5)：N=100∶3.36。

表明在微生物的不同生長階段對氮素的需求存在差異，快速增長期的微生物繁殖快，需要氮素來合成細胞所需的蛋白質等細胞組成部分，消耗量大。成熟期的微生物數量趨于穩定，氮素消耗量少，且主要滿足其新陳代謝所需。

6.6 物化污泥

污水處理前端采用硫酸亞鐵作為混凝劑，PAM為助凝劑，液堿調節 pH。2014年2月27日A池出水攜帶少量污泥，使得污泥流出進入好氧（O）池，好氧（O）池泡沫增多由正常時期的乳白色變為褐色，大量物化污泥附著于泡沫表面,SV30由20最高升至30時消泡困難，消泡劑、高壓水槍均失效。采取減少供氣量，出水DO維持在2～3 mg/L，加大污泥排放等方式，至3月3日，泡沫基本控制。 在 3月4日投加 10 t大糞，消泡效果明顯，泡沫中的物化污泥進入水中，通過排泥的方式脫離生化系統，至3月7日，好氧（O）池基本恢復至事故前水平。

這期間依然正常進水，好氧（O）池出水在 3月3日達到最高值 358 mg/L后下降。好氧（O）池填料上的生物膜數量略有減少，水中的懸浮污泥始終保持著良好的吸附和沉降能力，表明曝氣法有很好的抗沖擊、抗負荷能力。

6.7 脫色

印染廢水普遍存在色度大的問題，在實際調試中發現，使用黑色分散染料存在難脫色的問題。該廠生產廢水在生化處理后顯淡紅色、粉紅色，色度達到60倍以上。即使使用脫色劑處理，顏色也只能降到32～25倍。同時受曝氣影響大。在生化出水溶解氧處于1mg/L左右時，色度低，只有30倍左右。當溶解氧達到 6 mg/L以上時，生化出水清澈，色度達到100倍以上，顏色紅。經過脫色劑處理后，色度降至32倍，進入設有曝氣的中間水池，色度再次上升至60倍，通過活性炭吸附沒有起到效果。后將中間水池的曝氣關閉，回用處理后的色度恢復至32倍。

7 經濟性指標分析

該印染廢水廠廢水治理投資為5360元/t水;運行費用1.5元/t水。

通過查閱國內外文獻，高濃度印染廢水一般投資金額大約為10000元/t水左右，廠區運行費用一般為1.5～2.0元/t水（包含廠區人員、電費、藥劑費等）。由此可見該項目節約了投資，經濟效益顯著。

8 結論

（1）該印染廢水廠，經過改造出水COD在140～210 mg/L基本到達《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)國家二級標準，回用水質在 70～110 mg/L，到達該企業要求回用水標準。

（2）中小型印染企業普遍存在土地緊張的問題，在改建、新建污水處理設施時必須考慮企業現有的可利用土地面積，盡可能利用現有構筑物以此來進行設計，實現土地的集約化利用。

（3）該廠滌綸面料印染廢水可生化性差、水質變化大，直接生化處理難以達標。采用前端物化的處理工藝在降低 CODcr、SS等污染物的同時可緩和水質變化對生化的沖擊，同時促進生化的B/C。

（4）采用氣浮→砂濾→碳濾的廢水回用工藝具有很好的穩定性和可靠性，對于生產用水要求不高的紡織印染企業具有實用性和經濟性。

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