摘要:基于印染企业回用污水工程实例,对轻度污染的印染洗涤废水进行分流处理回用,建立了回用水的盐度积累模型,证明了该模型的收敛性与正确性,并求取其极限值。通过对回用水中的盐类进行质量衡算,并分析盐度积累模型中盐度极限与回用率之间的关系,表明回用水中,盐的积累有规律可循,且存在着积累的极限,其极限值与回用率η成正相关关系。
关键词:染整;废水处理;盐度积累模型;极限;回用率
1试验
印染废水回用工程概况印染加工中,漂白、煮练和染色工序用水少,但排水水质污染严重;而洗涤环节用水量大,排水水质污染程度较轻,有处理回用的潜力。
据此,本项目提出分流处理印染污水并回用的节水方案:分流污染程度较重的漂白、煮练、染色和初洗工序的出水,排至综合污水厂处理后达标排放;收纳污染程度较轻的续洗污水,经处理净化后回用于生产。
在实验室小试基础上,宁波象山某针织印染公司建立了一个规模为300m3/d的试验污水厂,对印染生产过程中污染程度较轻的污水进行处理后回用。回用过程中,部分碱和盐会在回用系统中积累,若含量较高,将影响印染质量。因此,在研究处理回用工艺时,分析控制回用水中盐和碱的含量,是一项重要内容。本项目就盐类的积累规律进行详细的分析,并提出控制回用系统盐度积累的措施。
1.1生产工艺、用水情况及分流方案
采用三台0.3t的常压染色机进行回用试验,编号A1、A2、A3。每缸布的煮漂和染色均在一台机器内完成,染色机每天生产情况为:浴比1∶10、18道水/缸布、4缸布/天,则每台染色机每天的用水量为:0.3×10×18×4=216m3/d,3台染色机用水为648m3/d。
每缸布的18道用水中,1~6道为煮漂用水,7~18道为染色用水。其中,第1道水用于煮练,第2道水用于煮练后的初次洗涤,两者均含有大量的烧碱和双氧水,pH值高、氧化能力强,污染严重;第7道水用于织物染色,第8、9道水用于染色后的初步洗涤,三者均含有大量的染料、硫酸钠和碳酸钠,盐度、色度大,COD含量和pH值高。所以第1、2、7、8、9这五道水不适合回用,排到综合污水厂处理,而不进入回用污水厂。其它十三道水均用于后续洗涤布料,污染程度低,处理后可回用到印染生产中。
1.2回用污水处理工艺
从处理出水回用于生产的要求出发,采用二级生物处理+深度处理的工艺,并对常规的二级生物处理(厌氧+好氧)做了针对性的改进,即将水解酸化池和接触氧化池各分为两段。
①调节池
该企业布匹染色生产周期为5~6h,生产排水间歇进行,设置调节池,能有效地调节污水水质和水量,并加入适量硫酸调节pH值。
②水解酸化池
本工艺将水解酸化池分为A1、A2两段,营造两种兼性的厌氧环境。来自调节池的印染污水先进入A1进行水解酸化预作用,一定程度减低污水的毒性,为A2段作准备;A2段是水解酸化主作用单元,可有效地改善污水的可生物降解性能(B/C)。两段都装有填料,能截流污泥,保证池内的污泥浓度。
③接触氧化池
本工艺将接触氧化池分为01、02两段,营造两种不同的好氧环境,利用不同生长阶段的好氧微生物除去污水中的有机物。01段作为除去有机物(COD)主要单元,该段出水的COD含量已经低于100mg/L;02段起延时曝气作用,以进一步减少水中有机物含量,并促进污泥自消化,实现污泥减量化。
④曝气生物滤池
该滤池设置在二次沉淀池后面,起到深度处理作用,进一步降低水中的污染物,以符合回用水标准。
⑤复合反应器
这是一个由煤渣和石英砂作滤料的过滤器。
另外,污泥处理系统采用浓缩压滤方案,滤渣送到锅炉间焚烧。
系统培菌调试后,正常运行半年,出水水质达到拟定的回用水标准。处理出水回用于布料染色生产,产品经检验,一次合格率在99%以上。回用污水厂进水、出水水质对照,如表1所示。
1.3用水质量衡算
在回用系统启动前,三台染色机均采用自来水进行生产,用水量为648m3/d;回用后,A1、A2两台设备专门使用回用水,A3使用自来水。染色生产均使用自来水648m3/d,排出180m3/d(27%)重度污染水以及36m3/d剩余污泥,则回用水量为432m3/d,需要补充的自来水为:180+36=216m3/d。
2盐度积累模型及模型极限
2.1盐度积累概况
煮漂及染色过程中投加的大量碱和盐类,如烧碱、纯碱和硫酸钠等,经分流后大部分随浓液排走,但仍有少量残留进入回用水系统。在调节池中加入适量硫酸中和后,这类物质最终转化成硫酸钠形式。为简化计算过程,把这些碱和盐类折合成硫酸钠进行计算分析。
设水中Na2SO4浓度为40g/L,残留率为10%,则每台机器、每个生产周期进入调节池的初始水量:
3m3×13道水=39m3
残留盐量:40g/L×3m3×10%=12000g
调节池中硫酸钠浓度:12000g/39m3=308mg/L
可以认为每回用一次,获得308mg/L的外加盐量(不等于调节池中的盐度,因为有自来水掺入)。由于A3始终使用自来水,其单个生产周期混合洗涤污水盐度始终为308mg/L,不会随回用次数增加而增加,而A1、A2的出水则会在一定范围内累积盐度。
2.2盐类浓度积累模型进入调节池的水量、水质关系
三台染色机出水经分流后,污染程度较轻的洗涤污水进入回用污水厂,其中V=156m3/d,首次收集的污水尚未参与回用,此时调节池中硫酸钠的混合浓度为308mg/L。
第一次回用后调节池硫酸钠的混合浓度为:
C1=[2×(308+308)+308]/3=513mg/L
第二次回用后调节池硫酸钠的混合浓度为:
C2=[2×(513+308)+308]/3=650mg/L
依次类推,回用(n+1)次后调节池中盐类浓度为:
Cn+1=[2×(Cn+308)+308]/3=308+2/3Cn
Cn———回用n次后调节池中盐类浓度,mg/L
现知,C0=308mg/L,n=1、2、……,证明limCn的存在及求该极限值:
①有界性
已知C1=513,C2=308+2/3C1=308+2/3×513=650,有513<C2<924;
假设513<Cn<924,又因Cn+1=308+2/3Cn,有513<Cn+1<924;
知Cn+1有界。
②单调性
Cn+1/Cn=(308+2/3Cn)/Cn=308/Cn+2/3
由于513<Cn<924,有308/Cn>1/3,
有Cn+1/Cn>1,知Cn为单调增函数,
Cn为单调有界数列,其极限limCn存在
③求取limCn
设limCn=A,则有
limCn=limCn+1
=lim(308+2/3Cn)
=308+2/3×limCn=A
即A=308+2/3A,求得A=924
即limCn=924mg/L
由盐度积累模型可知,经分流的轻度污染水在处理回用过程中,盐的积累有规律可循,且存在积累极限,极限值与回用率η(回用水量与总用水量的比值)成正相关关系。
3盐类的质量衡算
由上述规律可知,当回用次数足够多时,调节池中的盐类浓度就趋向稳定,不再上升,即进入污水处理回用系统的盐量与离开系统的盐量相等。
①每缸布的残留盐量:
40g/L×3m3×10%=12kg
三台染色机每天的残留盐量:
12×4缸布/d×3台=144kg/d
②A1、A2两台染色机使用回用水量为432m3/d。当调节池盐浓度为924mg/L时,回用水系统中的盐度达到平衡,随浓液排走的额外(本底)盐量为:
0.924g/L×3m3×5道水/缸布×4缸布/d×2台
=111kg/d
③当盐度为924mg/L时,随污泥排走的盐量为:
0.924g/L×36m3=33kg/d
则额外排走的盐量为:111+33=144kg/d
由此可见,进入回用系统的盐量与离开系统的盐量相等,验证了盐度积累极限模型的正确性。
4盐度积累模型分析
本文中回用水盐度积累模型为:Cn+1=308+2/3Cn。
模型中limCn的数值与回用率η正相关。当η大时,回用水量比例大,补充新鲜水少,盐类残留量大,盐类积累上限limCn大,对印染生产不利;反之,当η小时,回用水量比例小,补充新鲜水多,盐类残留量小,盐类积累上限limCn小,对印染生产影响小。本文中,盐类积累模型的具体形式,应按回用率η的取值而作适当调整。
5结论
(1)对轻度污染印染废水进行处理回用时,必须补充部分新鲜自来水,回用水中的盐度会积累,但其积累有规律可循,且存在积累极限。
(2)盐度积累极限值的水平直接影响印染生产质量和污水处理质量,而积累极限值与回用率正相关,各印染企业可根据自己的特点和要求,设定经济合理的回用率。
(3)从盐度积累模型可推知,采用污水分流回用方案后,水中微生物的代谢物含量也存在积累模型,并且收敛。根据污水处理系统能接受的代谢物浓度水平,确定合适的回用率,可维护污水处理系统的正常运行。