噴水織造廢水的集中處理與回用工程案例＊

段曉東 陳雯婧 施 煒 楊文婧 侯佳欣 周培國(guó)

（1.江蘇中設(shè)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 無(wú)錫 214072；2.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037）

東部沿海地區(qū)是我國(guó)紡織印染行業(yè)的主要聚集地，其中浙江、江蘇又是重點(diǎn)流域——淮河、太湖所在地[1]。2015年環(huán)境年報(bào)統(tǒng)計(jì)顯示[2]，太湖流域廢水和工業(yè)廢水排放量最大的均為江蘇省，分別占太湖流域廢水和工業(yè)廢水排放總量的67.8%和72.5%，其中工業(yè)廢水中占比第一的即紡織廢水[3]。然而，相比起紡織廢水巨大的年產(chǎn)量，更令人擔(dān)憂的是其低下的回用率及排放達(dá)標(biāo)率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)紡織工業(yè)年排放污水18.4億噸左右，位居工業(yè)排水量第3位，但廢水排放達(dá)標(biāo)率僅為60%，且中水回用率在所有行業(yè)中墊底，水源污染浪費(fèi)形勢(shì)嚴(yán)峻。

噴水織機(jī)是一種無(wú)梭織機(jī)，利用高壓水將緯線送出[4]，其作為中國(guó)當(dāng)前紡織業(yè)中應(yīng)用最廣泛的織造設(shè)備之一，具有產(chǎn)量高、質(zhì)量好、織造費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，但需要消耗大量新鮮水源[5]。每臺(tái)噴水織機(jī)平均每天產(chǎn)生1.5～2.5m3廢水[6]，且由于織造工序中普遍使用漿料及潤(rùn)滑脂，導(dǎo)致噴織廢水具有水量大、成分復(fù)雜，COD、SS含量超標(biāo)等特點(diǎn)，如不能很好地對(duì)廢水進(jìn)行集中處理，中水回用，將造成水資源的浪費(fèi)和環(huán)境污染[7]。因此，如何實(shí)現(xiàn)紡織業(yè)廢水規(guī)模化集中處理，如何提高噴織廢水中水回用處理技術(shù)已成為研究熱點(diǎn)[8]。本工程案例的開(kāi)展和分析，可對(duì)江浙地區(qū)乃至太湖、淮河等流域紡織廢水的排放污染問(wèn)題起到促進(jìn)解決作用。

一、工程概況

1.研究基礎(chǔ)

蘇州市某污水集中處理站占地規(guī)模約5977㎡，設(shè)計(jì)廢水處理規(guī)模為1.6×104t/d。未改造前原廠的常規(guī)處理工藝為“氣浮+過(guò)濾”，由于太湖流域水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)提高[9]，考慮在氣浮工藝后增設(shè)CASS生化池處理單元作為升級(jí)改造。江蘇中設(shè)集團(tuán)股份有限公司與南京林業(yè)大學(xué)進(jìn)行合作，通過(guò)對(duì)原廠進(jìn)行實(shí)地考察、資料搜集，確定最優(yōu)工藝處理方案，建立適合區(qū)域集中處理的噴織廢水回用關(guān)鍵技術(shù)體系。

江蘇中設(shè)集團(tuán)股份有限公司在蘇州市吳江區(qū)一系列噴織廢水處理站的一期設(shè)計(jì)，二期擴(kuò)容改造及中水回用工程中做了大量調(diào)查和研究，對(duì)項(xiàng)目的施工設(shè)計(jì)及順利開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)；南京林業(yè)大學(xué)注重制漿造紙廢水污染控制、木材加工生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)能減排等方面研究，對(duì)項(xiàng)目的創(chuàng)新性和示范性作出貢獻(xiàn)。

2.水質(zhì)水量

廢水的主要污染物為廢紗頭、化學(xué)漿料（丙烯酸脂類）、潤(rùn)滑油等，屬中度污染水質(zhì)[10]。根據(jù)《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4287—2012）所規(guī)定的污染項(xiàng)目，結(jié)合噴水織機(jī)廢水水質(zhì)[11]，確定設(shè)計(jì)進(jìn)水pH值為6.5～7.5，COD≤600mg/L，NH3-N≤0.5mg/L，TN≤5mg/L，TP≤0.6mg/L，SS≤200mg/L；參考日本進(jìn)口噴水織機(jī)說(shuō)明書(shū)[12]及《噴水織機(jī)污水處理及中水回用工程設(shè)計(jì)規(guī)程》（T/JX003—2018）可知，其回用水要求為：pH值6～9，COD≤30mg/L，SS≤30mg/L，油類≤30mg/L，色度≤15倍；排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB32∕1072—2018），廢水水質(zhì)如表1。

3.社會(huì)效益

通過(guò)對(duì)本案例中水回用關(guān)鍵技術(shù)的研究和示范，保障和實(shí)現(xiàn)區(qū)域化、規(guī)模化噴水織機(jī)企業(yè)生產(chǎn)廢水的集中處理和回用，保障和改善區(qū)域內(nèi)的水環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)到運(yùn)行環(huán)節(jié)“降低成本與節(jié)能減排”的雙豐收。本工程的開(kāi)展和進(jìn)行，有利于整治和提升太湖及淮河等紡織廢水排放流域的整體水環(huán)境，具有一定示范意義及巨大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

二、工藝流程及特點(diǎn)

1.流程說(shuō)明

根據(jù)噴水織機(jī)廢水含有油類、COD、SS等污染物質(zhì)的特性，廢水經(jīng)前期“格柵+隔油池”預(yù)處理后，采用“調(diào)節(jié)池+組合池+濾池+清水池”的污水處理工藝及“濃縮+板框壓濾脫水”的污泥處理工藝。根據(jù)實(shí)際用地情況，將氣浮池疊設(shè)于CASS生化池上層合為組合池，而氣浮池、V型濾池設(shè)備采用成套化機(jī)械設(shè)備，工藝流程如圖1所示。

噴水織機(jī)廢水首先通過(guò)細(xì)格柵去除廢紗頭等懸浮物，隨后流入調(diào)節(jié)池，由提升泵均勻配水至4座組合式氣浮池。在氣浮池前端投加PAC、PAM并攪拌，使廢水中的細(xì)小懸浮物及油類絡(luò)合絮凝后，通過(guò)溶氣氣浮分離去除[13，14]。隨后廢水通過(guò)重力自流進(jìn)入2組CASS生化池，由池中微生物降解可溶性有機(jī)污染物后，出水經(jīng)內(nèi)含潛水排污泵的集水池輸送至3組V型濾池。廢水經(jīng)過(guò)濾后，輸送至2座配備紫外消毒設(shè)備及濾池反沖洗潛水泵的清水池進(jìn)行消毒，保證出水達(dá)標(biāo)排放或回用。由氣浮和生化產(chǎn)生的含油污泥進(jìn)入1座污泥濃縮池，之后進(jìn)入板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水，泥渣泥餅外運(yùn)處置，污泥上清液回流至調(diào)節(jié)池。

2.工藝特色

在CASS生化池上層砌設(shè)氣浮池，不僅提高了空間利用率，還能使出水通過(guò)重力作用由氣浮池自流入生化池，減少了運(yùn)輸能耗。廢水中的不溶性微污染物在氣浮池中變?yōu)楦≡笸ㄟ^(guò)固液分離除去；可溶性污染物被生化池中的微生物吸附降解，從而消除中水回用過(guò)程中污染物循環(huán)富集的問(wèn)題，大大減輕了原集中處理污水廠的處理負(fù)荷。

三、實(shí)際運(yùn)行效果及經(jīng)濟(jì)分析

1.運(yùn)行效果分析

如圖2所示，將上述水處理單元組合系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)運(yùn)行后的四個(gè)月，噴織廢水的水質(zhì)有了明顯的提升和改善，出水水質(zhì)逐漸趨于穩(wěn)定合格。

前兩個(gè)月內(nèi)，水質(zhì)的COD、氨氮、總磷、總氮去除率均不穩(wěn)定，呈現(xiàn)高低起伏的波動(dòng)變化。前期COD出水最高達(dá)54.699mg/L，最低為22.753mg/L，平均去除率為81.05%，且進(jìn)水COD值控制在100～300mg/L之間，說(shuō)明系統(tǒng)處于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)階段。結(jié)合其余指標(biāo)，前8周內(nèi)的進(jìn)水水質(zhì)有大幅升降變化，且氨氮、總磷、總氮的平均去除率分別為80.20%、70.11%、75.28%，去除率低于正常水平。這說(shuō)明前期水質(zhì)成分變化對(duì)系統(tǒng)的沖擊負(fù)荷較大，對(duì)氣浮池、生化池內(nèi)的污泥微生物等帶來(lái)了一定影響，導(dǎo)致系統(tǒng)污泥負(fù)荷較低，對(duì)高濃度污染物的凈化效果不達(dá)標(biāo)。因此，有待調(diào)試系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷并提高池內(nèi)微生物的濃度。

從后兩個(gè)月可明顯看出，在進(jìn)水COD濃度升至500mg/L的同時(shí)，COD出水濃度始終穩(wěn)定在30～40mg/L上下，且去除率穩(wěn)定在90%左右，說(shuō)明此時(shí)系統(tǒng)對(duì)高濃度有機(jī)污染物的去除效果已開(kāi)始顯現(xiàn)。對(duì)比COD平緩的上升趨勢(shì)，氨氮的進(jìn)水濃度則經(jīng)歷了一段先升高后降低的過(guò)程。最高進(jìn)水濃度達(dá)0.478mg/L，最低至0.201mg/L，但出水平均值為0.017mg/L，比前期出水濃度低一半，平均去除率為87.73%，滿足回用水指標(biāo)要求。總磷的進(jìn)水濃度相較于前期升高了約0.2mg/L，但出水濃度比原來(lái)更低更穩(wěn)定，出水總磷平均含量為0.067mg/L，遠(yuǎn)低于回用標(biāo)準(zhǔn)及排放限制，且去除效果比前期提升了12.62%。同總磷的變化趨勢(shì)相似，總氮的平均進(jìn)水濃度由前期的1.299mg/L增至2.397mg/L，但去除率一直穩(wěn)定在75%上下。上述數(shù)據(jù)表明，此時(shí)的系統(tǒng)已進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)成熟階段，水處理單元的污泥負(fù)荷、容積負(fù)荷、抗沖擊負(fù)荷均有所提升，污水處理能力增強(qiáng)，經(jīng)該系統(tǒng)處理過(guò)的廢水滿足中水回用標(biāo)準(zhǔn)及出水排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

該噴織廢水廠總投資2688.9萬(wàn)元，運(yùn)行成本主要由人工費(fèi)、電費(fèi)、藥劑費(fèi)組成（產(chǎn)生的污泥由有資質(zhì)單位回收利用，故污泥處置費(fèi)不納入考量）具體匯總?cè)绫?所示。處理廠每班管理人員為三人，采取三班制，平均工資3000元/人·月，折算水處理成本為0.06元/m3；水總裝機(jī)容量499kW，使用工作容量355kW，取功率因子0.96，電費(fèi)按均價(jià)0.85元/kW·h，折算水處理成本為0.47元/m3；根據(jù)噴織污水處理廠實(shí)際運(yùn)行投加藥量（PAC、PAM）計(jì)算，每噸水合計(jì)成本預(yù)計(jì)0.2元/m3，故總運(yùn)行成本（不含設(shè)備折舊及大修費(fèi)用）為0.06+0.47+0.2=0.73元/m3。平望鎮(zhèn)工業(yè)用水水價(jià)約4.00元/m3，按廢水回用率100%的要求計(jì)算，該水廠每年（一年按365d計(jì)）可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)1909.68萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源節(jié)約并重。

表2 運(yùn)行費(fèi)用表

四、結(jié)論與建議

第一，噴織廢水回用工藝通過(guò)氣浮、生化、過(guò)濾等多種水處理單元組合，控制了循環(huán)水的懸浮物、色度及水的表面張力。經(jīng)試驗(yàn)分析，廢水經(jīng)處理后COD和NH3-N平均去除率分別為85.17%和87.73%，TP＜0.1mg/L，TN＜0.5mg/L，可作為生產(chǎn)回用補(bǔ)充水，節(jié)省了運(yùn)行成本。

第二，本方案的組合池適用于升級(jí)改造規(guī)劃用地不足的噴織廢水處理廠，在節(jié)約場(chǎng)地面積的前提下建設(shè)足夠大的氣浮池與生化池，提高廢水處理能力。

第三，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到太湖流域重點(diǎn)行業(yè)水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)，為噴水織機(jī)廢水的集中處理與回用工程提供了成功范例，可在類似行業(yè)推廣使用。