印染废水处理工程设计研究

刘中志

（沈阳环境科学研究院辽宁沈阳110167）

印染废水处理工程设计研究

刘中志

（沈阳环境科学研究院辽宁沈阳110167）

介绍了催化铁内电解+水解酸化+生物接触氧化的复合工艺处理印染废水的工程实例，处理后出水可以达到回用标准。该工艺运行费用低、管理简单方便、易于操作、去除色度效果好、无二次污染、投资规模小。

印染废水；工程设计

纺织印染工业废水是轻工业中的重大污染源之一，某毛巾厂是一家集棉花加工、棉纺、毛巾织造、印染于一身的国内知名大型专业毛巾生产企业，年生产能力折合棉纱5000t。排放废水量为7500m3/d。为此从企业的实际情况出发，结合当地的条件，本着经济、有效的原则，对其污水处理站进行工程设计，使其最终达到回用标准。

1 设计水质水量

设计原水水量：7500m3/d。

表1 设计进出水水质（单位：mg/L）

2 工艺流程简介

工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程示意图

工艺流程说明：废水经粗、细两道格栅处理后，进入格栅、调节、沉淀池，然后在泵的作用下，以0.24MPa的压力，进入催化铁内电解反应器A。经孔径0.6μm的无机复合微滤膜过滤，去除60%以上的SS，并使难降解COD得到相应的去除后，进入铁屑、铜屑等组合填料构成的氧化还原反应层。利用铁、铜填料腐蚀电位的差异，以铁作阳极、铜作阴极、原水作电解质而形成千万个原电池。利用铁、铜电位差提高胶体污染物的沉积速度；利用电池反应产物的絮凝、新生絮凝体的吸附等作用，实现对胶体等污染物的絮凝、吸附脱除作用；由于铁是生物氧化酶系中细胞色素的重要组成部分，通过Fe2+－Fe3+氧化还原反应进行电子传递，促进生化反应；Fe2+和Fe3+进入生化处理中，形成密度较大的生物铁絮凝体，改善污泥沉降性能。阳极反应如下：Fe-2e＝Fe2+，E0(Fe2+/Fe)＝-0.44V。当无氧存在时，阴极反应如下：2H++2e＝H2↑，E0(H+/H2)＝0V；当有氧存在时，阴极反应如下：O2+4H++4e＝H2O，O2+2H2O+4e＝5OH-，E0(O2/OH-)＝0.40V。通过上述微滤处理及氧化还原反应等，使进水COD去除30%～45%、色度去除30%～50%（去除率因不同污染物的性质不同而各异）。催化铁内电解反应器A出水进入水解酸化沉淀池，通过水解酸化预处理，继续调节水质。通过缺氧、厌氧生物反应，使进水COD去除20%～45%、色度去除25%～40%（去除率因不同污染物的性质不同而各异）、SS去除30%以上。水解酸化沉淀池出水再进入催化铁内电解反应器B，利用微滤膜截留微生物，并通过氧化还原反应、缺氧、厌氧生物反应、絮凝沉淀等作用，使进水SS去除60%以上、COD去除20%～30%、色度去除30%～50%（去除率因不同污染物的性质不同而各异）。催化铁内电解反应器B出水进入接触氧化膜生物反应器A，通过好氧生物反应、絮凝沉淀和膜截留等作用，使进水COD去除75%～85%、BOD去除90%以上、SS去除50%以上、色度去除35%～55%。污泥靠污泥泵定期、定量排入厌氧水解酸化膜生物反应器。接触氧化膜生物反应器A出水，利用虹吸原理进入厌氧水解酸化膜生物反应器。通过厌氧、缺氧生物反应，再次降低难生化降解COD，提高BOD与COD的比值，为接触氧化膜生物反应器B创造良好的条件。使进水COD去除70%～85%、BOD去除80%～90%以上、SS去除90%以上、色度去除25%～40%。污泥定期通过污泥井排出。厌氧水解酸化膜生物反应器出水，利用虹吸原理进入接触氧化膜生物反应器B，再次进行好氧生物反应。通过好氧生物反应、絮凝沉淀和膜截留等作用，使进水COD去除75%～85%、BOD去除90%以上、SS去除20%以上、色度去除35%～55%。污泥靠污泥泵定期、定量排入厌氧水解酸化膜生物反应器。绝大多数印染废水，经格栅、调节沉淀池——催化铁内电解反应器A——水解酸化池——催化铁内电解反应器B——接触氧化膜生物反应器A——厌氧水解酸化膜生物反应器——接触氧化膜生物反应器B处理，足以使其COD去除99%以上、BOD去除99.5%以上、SS去除99%以上、色度去除95%以上，完全达到回用标准；对于活性艳红K2—BP、酸性红G、活性黑K—BR等少数难生物降解染料废水，必要时可单独增加独创的光催化氧化膜反应器，亦可确保完全达到回用标准。

3 主要构筑物

3.1 格栅、调节、沉淀池

采用地下式钢筋混凝土结构，尺寸为：20m×6m×10m，有效容积为1200m3；HRT＝3.6h。

3.2 催化铁内电解反应器A

催化铁内电解反应器A，设于格栅、调节、沉淀池与水解酸化池之间，由两层无机复合微滤膜和中间填加的铁屑、铜屑等组合填料过滤层构成。无机复合微滤膜孔径0.6μm，合计每层过滤面积273.4m2，滤速1.22m3/m2h；铁屑、铜屑等组合填料构成的氧化还原反应层尺寸为：11.3m×1.68m×0.15m，共3组，合计过滤面积56.95m2；滤速5.85m3/m2h。

3.3 水解酸化池

采用地下式钢筋混凝土结构，尺寸为：20m×22.32m×10m，有效容积为4464m3；HRT＝13.39h，SRT＝100d。

3.4 催化铁内电解反应器B

催化铁内电解反应器B，设于水解酸化池与接触氧化膜生物反应器A之间，由两层无机复合微滤膜和中间填加的铁屑、铜屑等组合填料过滤层构成。无机复合微滤膜孔径0.6μm，合计每层过滤面积273.4m2，滤速1.22m3/m2h；铁屑、铜屑等组合填料构成的氧化还原反应层尺寸为：11.3m×1.68m×0.15m，共3组，合计过滤面积56.95m2；滤速5.85m3/m2h。

3.5 接触氧化膜生物反应器A

采用地下式钢筋混凝土结构，两池并联交替运行。单池尺寸为：16.5m×6m×10m；其中设有孔径0.2μm、过滤面积1738.18m2的无机复合微滤膜过滤器；无机复合微滤膜兼作微孔曝气器。池内设有溶解氧检测仪，可根据溶解氧的变化，自动调节供气量。滤速0.192m3/m2h；有效容积为：937.27m3；HRT＝5.62h，SRT＝30d；NW＝25g/L；DO为：4.5 mg/L～6mg/L。

3.6 厌氧水解酸化膜生物反应

采用地下式钢筋混凝土结构，尺寸为：52.32m×6m×10m，其中设有孔径0.15μm、过滤面积3428.15m2的无机复合微滤膜过滤器。滤速0.097m3/m2h；有效容积为：3103.31m3；HRT＝18.62h；SRT＝100d。NW＝25g/L。

3.7 接触氧化膜生物反应器B

采用地下式钢筋混凝土结构，两池并联交替运行。单池尺寸为：16.5m×6m×10m；其中设有孔径0.2μm、过滤面积1738.18m2的无机复合微滤膜过滤器；无机复合微滤膜兼作微孔曝气器。池内设有溶解氧检测仪，可根据溶解氧的变化，自动调节供气量。滤速0.192m3/m2h；有效容积为：937.27m3；HRT＝5.62h，SRT＝30d；NW＝25g/L；DO为：4.5 mg/L～6mg/L。

3.8 污泥井、出水井

污泥井采用钢筋混凝土结构，尺寸为2.5m×2.5m×10.5m。出水井采用钢筋混凝土结构，尺寸为3.5m×1.5m×8.5m。

4 主要设备

（1）格栅：旋转细格栅两台，一用一备；兼具输送、压榨功能。单台过栅流量Qmax=350m3/h；鼓栅直径d=550mm；鼓栅长度L= 1000mm；栅缝宽度b=1mm；电机功率N=1.5kW。（2）管道离心泵：共2台（一用一备）。单台流量Q=346m3/h；扬程H=24m；功率N= 37kW。（3）空气压缩机：单台排气量:Q=33m3/h，排气压力0.3MPa，功率N=120kW；氧转移效率E=95%，共2台（一用一备）；单台排气量:Q=0.9m3/h，排气压力0.7MPa，功率N=7.5kW，共2台（一用一备）。（4）污泥泵：流量：Q=30m3/h，扬程：8m，功率：1.5kW，共3台（两用一备）；流量Q=70m3/h，扬程：9m，功率：3kW，共2台（一用一备）。（5）自制气压脱水机：共用2台(一用一备)，单台最高处理量60m3/h，脱水后平均含固率≥30%。

5 经济分析

（1）装机容量：170.5kW，运行：150kW。（2）运行成本：电耗：0.405元/m3污水（工业用电按0.9元/kW·h计算）；铁屑费：0.08元/m3污水（铁屑按800元/t、消耗量按50g/m3污水计算）；工资：0.011元/m3污水（额定6人，按1600元/月计算）；合计运营成本：0.4141元/m3污水。累计99.3840万元/a。（3）沼气收入：110.88万元/a（沼气的热值约为22680kJ/m3，煤的热值为21000kJ/Kg计算，1m3沼气的热值相当于1kg原煤。以沼气产率0.5m3/kgCOD计算，产气量为6160m3/d，折合原煤6.16吨。原煤按500元/t计算，每天减少费用3080元。）（4）出水完全回用减少排污费：31.68万元/a（达标排放排污费按0.1元/m3，未计污染费和超标排放罚款）。（5）出水完全回用减少水费：380.16万元/a（工业水费按1.2元/m3计算）。（6）扣除运营费用后，每年可增加收益：400万元以上。

6 工艺特点

（1）通过孔径0.1μm无机复合微滤膜过滤，基本去除SS，大大降低了难生物降解COD负荷，避免了高浊度的不良影响。（2）将铁屑、铜屑等组合填料填于两层孔径1μm的无机复合微滤膜之间，形成致密的过滤层，可确保废水与铁－铜微原电池充分接触，从而提高了其处理效果。（3）利用无机复合微滤膜作生物载体，实现了生物污泥的彻底截留，提高了容积负荷及抗冲击能力。污泥附着在特制的轴、径双向往复折叠无机复合微滤膜上，形成生物反应膜，提高了微生物的挂膜效果，并实现了污水与污泥的充分接触、HRT与SRT彻底分离以及生物污泥浓度的任意控制。通过调整SRT，可使污泥浓度稳定保持在12g/L～20g/L的理想范围，能确保工艺操作的长期稳定性。（4）由于膜的截流作用，可使SRT任意确定。提高难降解大分子有机物的处理效率、促使其彻底的分解。（5）污泥定期流入厌氧水解酸化膜生物反应器，通过延长SRT，使其充分硝化，将污泥化为沼气回收利用，大大降低污泥处理费用且节省了资源。

[1]刘元臣,闫侃,薛珊.印染废水处理综述[J].染整技术,2014,36（7）：8-12.

[2]孙志华,刘志辉.印染废水处理工程改造[J].中国给水排水, 2009,25（14）：69-71.

刘中志（1977—），男，满族，辽宁沈阳人，本科，工程师，主要从事环境影响评价研究。