印染廢水深度處理及回用的研究報告
  張立云  李娟  陳素娟  劉瑞寧
（河北寧紡集團， 河北寧晉， 055550）

摘要：本研究報告的重點是印染廢水深度處理工藝，該工藝選擇膜處理系統，生化、物化相結合，使出水達到印染用水的要求。同時，改造現有活性污泥池為生物接觸氧化池，提高生化單元處理效率，保障膜處理系統的處理效果。按照廢水處理站出水水質標準，每年可減排COD 36.5t、BOD 9.125t、SS 25.55t，用水年節約33萬元，廢熱利用年節約512萬元，廢堿液利用收益116萬元，能夠取得很好的經濟效益，對于促進企業良性循環發展也有實際意義。
關鍵詞：印染  廢水  回用  研究  報告

我國紡織印染行業發展迅速，已經成為世界印染業中規模最大的國家，同時也存在著所排放的廢水數量大、有機物含量高、色度深、堿性大等問題。因此，大力發展印染行業的中水回用技術，不僅能節約有限的水資源，同時能減少污水排放，并減輕對周圍水環境的影響。
本研究報告的目的是降低企業排污量，提高污水治理達標率，消除水體污染的根源，改善周圍水環境質量，深度削減排入當地河網的污染物總量，改善和保護當地水系和水環境質量，滿足沿水流域水污染防治全局的需要。
1.  技術方案比選
1.1  深度處理及回用工藝比選
中水回用的處理技術按其機理可分為物理化學法、生物化學法和物化生化組合法等。通常回用技術需多種污水處理技術的合理組合 ,即各種水處理方法結合起來深度處理污水 ,這是因為單一的某種水處理方法一般很難達到回用水水質的要求。發展到目前 ,中水回用的工藝流程有: 
 生物化學法 ：原水→格柵→調節池→接觸氧化池→沉淀地→過濾→消毒→出水。 
物理化學法：原水→格柵→調節池→絮凝沉淀池→超濾膜→消毒→出水。以超濾膜分離技術替了代上述工藝中的沉淀、過濾單元。
膜處理技術：膜處理技術是一種高效分離技術，隨著技術的進步，膜分離技術是未來廢水深度處理的重要方向。其典型處理流程為:  原水→格柵→調節池→生化池→膜處理系統→消毒→出水。
膜處理系統原理是在一定壓力下，采用具有一定孔徑的分離膜，將溶液中的大分子物質、膠體、細菌和微生物截留下來，從而達到濃縮與分離的目的。其處理精度可達0.1微米。不會產生生化法那樣的氣味兒，污泥量少，無需進行污泥處理。同時啟動也十分方便，不必象生化法那樣接種和培馴污泥，因而操作方便。國外的研究資料表明，超濾技術作為中水處理的后處理技術，具有適應性強、對懸浮物、細菌和洗滌劑的去除率高，出水穩定等諸多優點。除此之外，還具有如下的技術特點：
①模塊化、標準化的設計，使系統配置更加合理，膜法循環回用系統可實現水資源的循環回用和減量排放；
②膜分離過程為純物理過程，無相變、無化學反應過程，在無二次污染物產生的情況下便可實現水資源的回收，達到清潔生產，回收資源的目的。
③膜系統裝置占地小，工藝簡單，自動化程度高；膜的高效分離（截留率99%以上），保證了水資源的高效回用。
1.2  深度處理工藝選擇
上述各深度處理工藝中，膜處理系統優勢明顯，但對生化處理單元的處理要求較高。印染廢水在廢水處理站內已經采用了“預處理+生物處理+后處理”的處理方法。處理后出水水質達到了《紡織染整工業水污染物排放標準》（GB4287—92）表3中I級標準要求。
根據印染用水要求及廢水處理站內處理工藝、出水水質情況，本項目中印染廢水處理工藝選擇膜處理系統，生化、物化相結合，使出水達到回用要求。同時改造現有活性污泥池為生物接觸氧化池，提高生化單元處理效率，保障膜處理系統的處理效果。
1.3  擬選處理工藝簡介
膜分離技術的基礎是分離膜。分離膜是具有選擇性透過的薄膜，某些分子(或微粒)可以透過薄膜，而其他物質的則被阻隔。液體分離膜技術包括反滲透(亞納米級)、納濾(納米級)、超濾(10納米級)和微濾(微米和亞微米級)，微濾系統其過濾精度在1微米左右，主要截留對象為≥1微米的懸浮物；超濾截留分子量在10000～50000道爾頓之間，最大過濾精度為0.1～0.2微米；納濾膜組件截留分子量在200～2000道爾頓之間；反滲透截留分子量在50道爾頓左右。
結合本項目情況，擬選膜處理系統主要工序簡介如下：
(1) 浸沒式超濾系統
本項目采用的浸沒式超濾系統，即膜－生物反應器工藝(MBR工藝)的改型，是將膜生物反應轉型的又一新型廢水處理技術。以往的MBR系統主要存在清洗不便、組件斷絲、處理能力較小等技術難題，而浸沒式超濾系統就專門針對這三大技術難題進行了技術改進。同時采用浸沒式超濾系統工藝控制較為簡單、系統也無需預處理措施，在本項目過程中將改變原有MBR生化系統使用的本來界限，由于其原理與MBR類同，為區別其應用領域稱為“浸沒式超濾系統”。由于系統采用鼓風曝氣作為膜絲氣洗系統，其鼓風曝氣的使膜絲產生劇烈的抖動，進而大大減緩了膜面污染；由于透水孔徑一定而使得產水水質較穩定，并且系統能接受較高負荷的懸浮物濃度。
針對浸沒式超濾系統在眾多污水處理廠中水回用中存在的斷絲、處能力小、不易清洗技術難題，采用漂懸海藻式技術，該技術改變傳統的雙邊出水為單邊產水，這樣也便于增加同一規格內膜絲長度，從而增加了單位膜面積。在膜組件的設計中采用單邊上出水，另一邊沖氣攪拌的設計方式更有助于降低膜組件的體外清洗頻率，浸沒式超濾得以長期安全運行的技術保障。
(2) 多介質過濾器
超濾出水通過排水泵入中間水池，將水進行增壓進入多介質過濾器，多介質過濾器是作為保護系統進行設計的。為了防止隨機掉入的一些大分子顆粒物對反滲透系統造成污染和堵塞。經過過濾的水再通過高壓泵進入反滲透系統。
(3) 反滲透系統
反滲透系統由幾部分組成，包括預處理部分、反滲透主機(膜過濾部分)、后處理部分和系統清洗部分。此系統設計的目的在于針對要求的產水量和產水水質，盡可能的降低系統運行壓力提高系統回收率，降低系統污染速度從而延長系統清洗周期，降低清洗頻率，提高系統的長期穩定性，降低清洗維護費用。
反滲透的基本原理是利用濾膜的半滲透，即只透過水，不透過鹽的原理，利用外加高壓克服水中淡水透過膜后濃縮成鹽水的滲透壓，將水“擠過”膜。水分成兩部分，一部分含有大量鹽類的鹽水，另一部分含有極少量鹽類的淡水。反滲透系統是利用高壓作用通過濾膜分離出水中的無機鹽，同時去除有機污染物和細菌，截留水污染物。流程配制增設化學預處理加酸、加阻垢劑、加殺生劑為輔助化學預處理系統，通過適當的化學預處理措施提高膜系統的安全、穩定運行系數；增設自動控制、分段電導、分段壓力在線監測系統為輔助控制系統，獲取系統各段運行參數，也可實現無人職守運行。
2  方案設計
2.1  方案內容
（1）綜合考慮廠區回用水需求量及廢水處理站處理規模，新增處理規模為1000t/d的深度處理及回用系統，提高回用水率，減少污水排放。具體包括：新增浸沒式超濾裝置、多介質過濾裝置、反滲透過濾裝置1套，新建超濾膜池、回用水池、膜處理房各1座。
（2）為保證深度處理效果，改造廢水處理站現有活性污泥池為生物接觸氧化池。利用現有池容，增加生物填料、支架、曝氣系統等設備材料。
（3）對進入廢水處理站內約4000m3/d的55℃的高溫印染廢水進行廢熱利用，新增3臺廢熱交換器，取代廢水處理站內原有冷卻塔（備用）。
（4）對進入廢水處理站內的印染前處理部分產生的強堿廢水先送入熱電廠，作為煙氣脫硫的堿液，“以廢治廢”“變廢為寶”，節省廢水處理的中和藥劑費和熱電廠煙氣脫硫的中和藥劑費。
通過對上述4部分的新增和改造，使整個廢水處理系統流程更加合理，達到減排、節能、環保的目的。
2.2  進水水質情況
本研究方案中深度處理單元，利用的是廢水處理站處理尾水。廢水處理站經處理的生產廢水達到《紡織染整工業水污染物排放標準》（GB4287—92）表-1中I級標準要求，如下表所示。因此，本深度處理及回用單元的設計進水水質，也同樣如下表所示。

2.3  出水標準
以廢水處理站處理尾水為原水，經深度處理及回用單元處理后的出水應達到《城市污水再生利用 工業用水水質標準》（GB19923—2005）中洗滌用水要求，同時也應滿足企業印染用水水質要求，根據企業生產性試驗，最終確定出水水質要求（如表-2所示）。

2.4  方案設計
2.4.1  活性污泥池改造廢水處理站內現有活性污泥池耐沖擊負荷性較差，而且由于污泥回流的存在，經常有污泥膨脹的現象發生。本項目深度處理及回用單元擬采用膜處理工藝，其對生化處理單元要求較高，考慮到保證整體的處理效果，對活性污泥池進行改造，利用現有池容，增加生物填料、支架、曝氣系統，改造成為生物接觸氧化池。利用生物接觸氧化池較高的MLSS含量，提高BOD負荷，增強抗沖擊負荷能力，不需污泥回流，可避免污泥回流引起的污泥膨脹。
接觸氧化池按二段法設計。該種工藝導致的有機物濃度差異有助于形成不同種群的微生物，并有利于提高最終的生化處理效果。采用集水槽均勻出水。經核算，現有鼓風機可滿足改造后生物接觸氧化池的供氧需要，不再新增鼓風機，節約投資。
（1）改造后的生物接觸氧化池主要設計參數：
處理量         5000m3/d
填料層高度     3.0m
穩水層高度     0.5m
超高           0.5m
接觸時間     22.7小時
容積負荷      0.375 kgBOD5/m3·d
采用全池曝氣，氣水比15:1
集水槽過堰負荷 2.5L/（s·m）
（2）新增設備及材料：
XZ-II型高效生物填料，ф150，H=80cm ,4733m3
曝氣器I型（可提升，微孔），3套
曝氣器II型，4套
填料支架，2套
控制柜,1套
2.4.2  廢熱利用
印染系統產生55℃的印染廢水約4000m3/d，該部分高溫廢水進入廢水處理站內后，提升至冷卻塔經噴淋冷卻后進入生化單元處理。冷卻塔噴淋雖能達到降溫目的，但是這一部分熱能卻白白損失了，造成能源利用率低，不利于節能減排。
本設計方案新增3臺廢熱交換器，通過廢熱交換器將廢熱水和生產用低溫軟化水進行熱交換，回收利用廢熱水中的余熱，在降低廢水溫度的同時節約了加熱能源。增加廢熱交換器后，廢水處理站內原有冷卻塔將被取代。
根據熱力學第一、第二定律，對高位熱源用高效換熱器進行一級或多級直接換熱，同時把吸收到的熱能釋放轉移到經過一級或多級直接換熱后制取的新的載熱液體內，直接精確地制取出符合工藝要求的中高溫液體，以實現能量的轉換。
高溫廢水經提升泵進入換熱裝置，通過熱交換，污水將熱能傳遞給低溫潔凈軟化水，從而使低溫水升溫，同時降低污水溫度。升溫后的軟化水流入熱水儲罐，再通過變頻控制器進入生產車間使用。
換熱設備選用優質耐腐蝕的不銹鋼材料及特殊換熱元件，經過獨特工藝加工制作，換熱效率在90%以上，使用壽命8~10年。該裝置將雙逆向換熱和殼程分級隔熱有效的結合到一起，使高溫污水與被加熱水進行充分的熱交換，以保證最高的出水溫度。設備內部安裝有自過濾裝置、自動清掃裝置和自動排污裝置，可保持設備的清潔、高效運行。自動清掃裝置采用氣缸推動毛刷，從而清潔設備內部；自動排污通過自動曝氣和自動排污裝置合作完成，通過安裝在設備底部的曝氣管路，吹動設備內的污水，從而使沉積在設備底部內雜物揚起，再通過自動排污裝置及相應的管路系統排到污水處理場所。該裝置由很多的換熱單元組成，每個單元含有很多個很細的不銹鋼管。熱交換時潔凈水在不銹鋼管內流動，污水在不銹鋼管外流動，提高了冷熱水的換熱效率。
新增主要設備：（1）廢熱交換器2套，型號YWRH-1800，含熱水儲罐、變頻控制系統； （2）廢熱交換器1套，型號YWRH-600，含熱水儲罐、變頻控制系統； （3）污水泵3臺，2用1備，型號100ZW100-15，功率7.5 KW； （4）清水泵3臺，2用1備，型號DFG100-400C/4/15，功率15 KW
2.4.3  廢堿液利用
印染前處理部分的生產廢水含堿量高，最大排放量為1000m3/d。主要堿性物為氫氧化鈉，顯強堿性。這部分強堿廢水與其他廢水混合后進入廢水處理站，致使進水水質PH值較高，現采取投加酸液調整進水PH的辦法，每年僅中和藥劑費就達到36萬元。與此同時，熱電廠煙氣脫硫所需要的大量脫硫堿液卻另行購買，藥劑費為20萬/年。
本設計方案將印染前段產生的強堿廢水直接引入熱電廠作為煙氣脫硫的強堿脫硫液。經過脫硫、中和后再排放到廢水處理站，可大大降低其pH值，節省廢水處理費用和熱電廠煙氣脫硫處理費用，達到 “以廢治廢”“變廢為寶”的目的。
新增主要設備材料： （1）廢水提升泵2臺，1用1備，流量60m3/h，揚程20m，功率11KW；（2）輸水管道De100，給水UPVC管（0.8MPa），數量300m。
2.4.4  深度處理及回用
目前，廠內雖有回用水需求，但現狀處理工藝只能達到排放要求，不能達到回用要求。增加深度處理單元，加大廢水回用力度，提高回用水率，將節能減排落到實處。
本研究報告中的深度處理部分擬采用膜處理技術。具體工藝流程為：廢水處理站出水→浸沒式超濾膜→多介質過濾→反滲透膜→消毒→出水→回用水池→清水泵→中水回用管道→生產車間。
工藝流程簡述：廢水處理站處理尾水作為原水進入中水回用處理系統，分別經過超濾膜處理、多介質過濾、反滲透膜處理，通過過濾、截留、分離、脫鹽作用，使出水滿足印染工藝生產用水的各項要求后進入回用水池。回用水池中設置清水泵，回用水提升至廠區用于生產。反滲透濃水排入污水處理站再處理后達標排放。

3  效益分析
3.1 社會效益
環境保護、節能減排是我國的一項基本國策，企業印染廢水深度處理及中水回用項目建設是環境保護、節能減排的重要工程內容。本研究項目可解決公司的排污現狀，樹立良好企業形象，同時對改善投資環境，促進經濟繁榮有著重大的意義，其社會效益顯著。
3.2 環境效益
本研究項目每天的廢水減排量為1000 m3，按照廢水處理站出水水質標準，每年可減排COD 36.5t，BOD 9.125t，SS 25.55t，實現水資源的循環利用，同時減輕了對周邊環境的影響。
3.3 經濟效益
（1）深度處理及回用
中水回用系統每天回用水量為1000噸，按1.0元/噸計。年節約水費33萬元。
（2）廢熱利用收益
廢熱利用后，年節約蒸汽用量46996.29噸，折算標準煤為6044t根據每噸原煤價格為600元計算，產生的節約收入為512萬元。(按折標系數0.7143 tce/t原煤,折算每噸標煤的價格為847元)。
（2）廢堿液利用收益
每年節約廢水處理站中和藥劑費36萬元。每年節約熱電廠煙氣脫硫藥劑費30萬/年。共計116萬元。