印染废水深度处理及回用的研究报告
郭秀娟，刘瑞宁，冯继学
（河北宁纺集团 河北宁晋 055550）
摘 要：本研究报告的重点是印染废水深度处理工艺，该工艺选择膜处理系统，生化、物化相结合，使出水达到印染用水的要求。同时，改造现有活性污泥池为生物接触氧化池，提高生化单元处理效率，保障膜处理系统的处理效果。按照废水处理站出水水质标准，每年可减排COD 36.5t、BOD 9.125t、SS 25.55t，用水年节约33万元，废热利用年节约512万元，废碱液利用收益116万元，能够取得很好的经济效益，对于促进企业良性循环发展也有实际意义。
关键词：印染；废水；回用；研究；报告
我国纺织印染行业发展迅速，已经成为世界印染业中规模最大的国家，同时也存在着所排放的废水数量大、有机物含量高、色度深、碱性大等问题。因此，大力发展印染行业的中水回用技术，不仅能节约有限的水资源，同时能减少污水排放，并减轻对周围水环境的影响。
本研究报告的目的是降低企业排污量，提高污水治理达标率，消除水体污染的根源，改善周围水环境质量，深度削减排入当地河网的污染物总量，改善和保护当地水系和水环境质量，满足沿水流域水污染防治全局的需要。
1．技术方案比选
1.1 深度处理及回用工艺比选
中水回用的处理技术按其机理可分为物理化学法、生物化学法和物化生化组合法等。通常回用技术需多种污水处理技术的合理组合,即各种水处理方法结合起来深度处理污水,这是因为单一的某种水处理方法一般很难达到回用水水质的要求。发展到目前,中水回用的工艺流程有:
生物化学法：原水→格栅→调节池→接触氧化池→沉淀地→过滤→消毒→出水。
物理化学法：原水→格栅→调节池→絮凝沉淀池→超滤膜→消毒→出水。以超滤膜分离技术替代了上述工艺中的沉淀、过滤单元。
膜处理技术：膜处理技术是一种高效分离技术，随着技术的进步，膜分离技术是未来废水深度处理的重要方向。其典型处理流程为: 原水→格栅→调节池→生化池→膜处理系统→消毒→出水。
膜处理系统原理是在一定压力下，采用具有一定孔径的分离膜，将溶液中的大分子物质、胶体、细菌和微生物截留下来，从而达到浓缩与分离的目的。其处理精度可达0.1微米。不会产生生化法那样的气味儿，污泥量少，无需进行污泥处理。同时启动也十分方便，不必像生化法那样接种和培驯污泥，因而操作方便。国外的研究资料表明，超滤技术作为中水处理的后处理技术，具有适应性强、对悬浮物、细菌和洗涤剂的去除率高，出水稳定等诸多优点。除此之外，还具有如下的技术特点：
（1）模块化、标准化的设计，使系统配置更加合理，膜法循环回用系统可实现水资源的循环回用和减量排放；
（2）膜分离过程为纯物理过程，无相变、无化学反应过程，在无二次污染物产生的情况下便可实现水资源的回收，达到清洁生产，回收资源的目的。
（3）膜系统装置占地小，工艺简单，自动化程度高；膜的高效分离（截留率99%以上），保证了水资源的高效回用。
1.2 深度处理工艺选择
上述各深度处理工艺中，膜处理系统优势明显，但对生化处理单元的处理要求较高。印染废水在废水处理站内已经采用了“预处理+生物处理+后处理”的处理方法。处理后出水水质达到了《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB 4287-92）表3中Ⅰ级标准要求。
根据印染用水要求及废水处理站内处理工艺、出水水质情况，本项目中印染废水处理工艺选择膜处理系统，生化、物化相结合，使出水达到回用要求；同时，改造现有活性污泥池为生物接触氧化池，提高生化单元处理效率，保障膜处理系统的处理效果。
1.3 拟选处理工艺简介
膜分离技术的基础是分离膜。分离膜是具有选择性透过的薄膜，某些分子（或微粒）可以透过薄膜，而其他物质的则被阻隔。液体分离膜技术包括反渗透（亚纳米级）、纳滤（纳米级）、超滤（10纳米级）和微滤（微米和亚微米级），微滤系统其过滤精度在1微米左右，主要截留对象为≥1微米的悬浮物；超滤截留分子量在10000～50000道尔顿之间，最大过滤精度为0.1～0.2微米；纳滤膜组件截留分子量在200～2000道尔顿之间；反渗透截留分子量在50道尔顿左右。
结合本项目情况，拟选膜处理系统主要工序简介如下：
（1）浸没式超滤系统
本项目采用的浸没式超滤系统，即膜-生物反应器工艺（MBR工艺）的改型，是将膜生物反应转型的又一新型废水处理技术。以往的MBR系统主要存在清洗不便、组件断丝、处理能力较小等技术难题，而浸没式超滤系统就专门针对这三大技术难题进行了技术改进。同时采用浸没式超滤系统工艺控制较为简单、系统也无需预处理措施，在本项目过程中将改变原有MBR生化系统使用的本来界限，由于其原理与MBR类同，为区别其应用领域称为“浸没式超滤系统”。
由于系统采用鼓风曝气作为膜丝气洗系统，其鼓风曝气的使膜丝产生剧烈的抖动，进而大大减缓了膜面污染；由于透水孔径一定而使得产水水质较稳定，并且系统能接受较高负荷的悬浮物浓度。
针对浸没式超滤系统在众多污水处理厂中水回用中存在的断丝、处能力小、不易清洗技术难题，采用漂悬海藻式技术，该技术改变传统的双边出水为单边产水，这样也便于增加同一规格内膜丝长度，从而增加了单位膜面积。在膜组件的设计中采用单边上出水，另一边冲气搅拌的设计方式更有助于降低膜组件的体外清洗频率，浸没式超滤得以长期安全运行的技术保障。
（2）多介质过滤器
超滤出水通过排水泵入中间水池，将水进行增压进入多介质过滤器，多介质过滤器是作为保护系统进行设计的。为了防止随机掉入的一些大分子颗粒物对反渗透系统造成污染和堵塞。经过过滤的水再通过高压泵进入反渗透系统。
（3）反渗透系统
反渗透系统由几部分组成，包括预处理部分、反渗透主机（膜过滤部分）、后处理部分和系统清洗部分。此系统设计的目的在于针对要求的产水量和产水水质，尽可能地降低系统运行压力提高系统回收率，降低系统污染速度从而延长系统清洗周期，降低清洗频率，提高系统的长期稳定性，降低清洗维护费用。
反渗透的基本原理是利用滤膜的半渗透，即只透过水，不透过盐的原理，利用外加高压克服水中淡水透过膜后浓缩成盐水的渗透压，将水“挤过”膜。水分成两部分，一部分含有大量盐类的盐水；另一部分含有极少量盐类的淡水。反渗透系统是利用高压作用通过滤膜分离出水中的无机盐，同时去除有机污染物和细菌，截留水污染物。
流程配制增设化学预处理加酸、加阻垢剂、加杀生剂为辅助化学预处理系统，通过适当的化学预处理措施提高膜系统的安全、稳定运行系数；增设自动控制、分段电导、分段压力在线监测系统为辅助控制系统，获取系统各段运行参数，也可实现无人职守运行。
2．方案设计
2.1 方案内容
（1）综合考虑厂区回用水需求量及废水处理站处理规模，新增处理规模为1000t/d的深度处理及回用系统，提高回用水率，减少污水排放。具体包括：新增浸没式超滤装置、多介质过滤装置、反渗透过滤装置1套，新建超滤膜池、回用水池、膜处理房各1座。
（2）为保证深度处理效果，改造废水处理站现有活性污泥池为生物接触氧化池。利用现有池容，增加生物填料、支架、曝气系统等设备材料。
（3）对进入废水处理站内约4000m3/d的55℃的高温印染废水进行废热利用，新增3台废热交换器，取代废水处理站内原有冷却塔（备用）。
（4）对进入废水处理站内的印染前处理部分产生的强碱废水先送入热电厂，作为烟气脱硫的碱液，“以废治废”、“变废为宝”，节省废水处理的中和药剂费和热电厂烟气脱硫的中和药剂费。
通过对上述4部分的新增和改造，使整个废水处理系统流程更加合理，达到减排、节能、环保的目的。
2.2 进水水质情况
本研究方案中深度处理单元，利用的是废水处理站处理尾水。废水处理站经处理的生产废水达到《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB 4287 -92）表1中Ⅰ级标准要求，如下表所示。因此，本深度处理及回用单元的设计进水水质，也同样如下表所示。
表1 纺织染整工业水污染物排放标准（mg/L）
2.3 出水标准
以废水处理站处理尾水为原水，经深度处理及回用单元处理后的出水应达到《城市污水再生利用 工业用水水质标准》（GB 19923-2005）中洗涤用水要求，同时也应满足企业印染用水水质要求，根据企业生产性试验，最终确定出水水质要求（如表2所示）。
表2 出水水质一览表
2.4 方案设计
2.4.1 活性污泥池改造废水处理站内现有活性污泥池耐冲击负荷性较差，而且由于污泥回流的存在，经常有污泥膨胀的现象发生。本项目深度处理及回用单元拟采用膜处理工艺，其对生化处理单元要求较高，考虑到保证整体的处理效果，对活性污泥池进行改造，利用现有池容，增加生物填料、支架、曝气系统，改造成为生物接触氧化池。利用生物接触氧化池较高的MLSS含量，提高BOD负荷，增强抗冲击负荷能力，不需污泥回流，可避免污泥回流引起的污泥膨胀。
接触氧化池按二段法设计，该种工艺导致的有机物浓度差异有助于形成不同种群的微生物，并有利于提高最终的生化处理效果；采用集水槽均匀出水。经核算，现有鼓风机可满足改造后生物接触氧化池的供氧需要，不再新增鼓风机，节约投资。
（1）改造后的生物接触氧化池主要设计参数
处理量 5000m3/d
填料层高度 3.0m
稳水层高度 0.5m
超高 0.5m
接触时间 22.7小时
容积负荷 0.375 kgBOD5/m3·d
采用全池曝气，气水比15∶1；集水槽过堰负荷 2.5 L/（s·m）。
（2）新增设备及材料
XZ-Ⅱ型高效生物填料，ф150，H=80cm,4733m3。
曝气器Ⅰ型（可提升，微孔） 3套
曝气器Ⅱ型 4套
填料支架 2套
控制柜 1套
2.4.2 废热利用
印染系统产生55℃的印染废水约4000m3/d，该部分高温废水进入废水处理站内后，提升至冷却塔，经喷淋冷却后进入生化单元处理。冷却塔喷淋虽能达到降温目的，但是这一部分热能却白白损失了，造成能源利用率低，不利于节能减排。
本设计方案新增3台废热交换器，通过废热交换器将废热水和生产用低温软化水进行热交换，回收利用废热水中的余热，在降低废水温度的同时节约了加热能源。增加废热交换器后，废水处理站内原有冷却塔将被取代。
根据热力学第一、第二定律，对高位热源用高效换热器进行一级或多级直接换热，同时把吸收到的热能释放转移到经过一级或多级直接换热后制取的新载热液体内，直接精确地制取出符合工艺要求的中高温液体，以实现能量的转换。
高温废水经提升泵进入换热装置，通过热交换，污水将热能传递给低温洁净软化水，从而使低温水升温，同时降低污水温度。升温后的软化水流入热水储罐，再通过变频控制器进入生产车间使用。
换热设备选用优质耐腐蚀的不锈钢材料及特殊换热元件，经过独特工艺加工制作，换热效率在90%以上，使用寿命8～10年。该装置将双逆向换热和壳程分级隔热有效的结合到一起，使高温污水与被加热水进行充分的热交换，以保证最高的出水温度。设备内部安装有自过滤装置、自动清扫装置和自动排污装置，可保持设备的清洁、高效运行。
自动清扫装置采用气缸推动毛刷，从而清洁设备内部；自动排污通过自动曝气和自动排污装置合作完成，通过安装在设备底部的曝气管路，吹动设备内的污水，从而使沉积在设备底部内杂物扬起，再通过自动排污装置及相应的管路系统排到污水处理场所。该装置由很多的换热单元组成，每个单元含有很多个很细的不锈钢管。热交换时洁净水在不锈钢管内流动，污水在不锈钢管外流动，提高了冷热水的换热效率。
新增主要设备：
（1）废热交换器2套，型号YWRH-1800，含热水储罐、变频控制系统；
（2）废热交换器1套，型号YWRH-600，含热水储罐、变频控制系统；
（3）污水泵3台，2用1备，型号100ZW100 -15，功率7.5 KW；
（4）清水泵3台，2用1备，型号DFG100- 400C/4/15，功率15KW。
2.4.3 废碱液利用
印染前处理部分的生产废水含碱量高，最大排放量为1000m3/d。主要碱性物为氢氧化钠，显强碱性。这部分强碱废水与其他废水混合后进入废水处理站，致使进水水质PH值较高，现采取投加酸液调整进水PH的办法，每年仅中和药剂费就达到36万元。与此同时，热电厂烟气脱硫所需要的大量脱硫碱液却另行购买，药剂费为20万/年。
本设计方案将印染前段产生的强碱废水直接引入热电厂作为烟气脱硫的强碱脱硫液。经过脱硫、中和后再排放到废水处理站，可大大降低其PH值，节省废水处理费用和热电厂烟气脱硫处理费用，达到 “以废治废”“变废为宝”的目的。
新增主要设备材料：
（1）废水提升泵2台，1用1备，流量60m3/h，扬程20m，功率11KW；
（2）输水管道De100，给水UPVC管（0.8MPa），数量300m。
2.4.4 深度处理及回用
目前，厂内虽有回用水需求，但现状处理工艺只能达到排放要求，不能达到回用要求。增加深度处理单元，加大废水回用力度，提高回用水率，将节能减排落到实处。
本研究报告中的深度处理部分拟采用膜处理技术。具体工艺流程为：废水处理站出水→浸没式超滤膜→多介质过滤→反渗透膜→消毒→出水→回用水池→清水泵→中水回用管道→生产车间。
工艺流程简述：废水处理站处理尾水作为原水进入中水回用处理系统，分别经过超滤膜处理、多介质过滤、反渗透膜处理，通过过滤、截留、分离、脱盐作用，使出水满足印染工艺生产用水的各项要求后进入回用水池。回用水池中设置清水泵，回用水提升至厂区用于生产，反渗透浓水排入污水处理站再处理后达标排放。
（1）设备主要参数
（2）新增主要建、构筑物
（3）新增主要设备
3．效益分析
3.1 社会效益
环境保护、节能减排是我国的一项基本国策，企业印染废水深度处理及中水回用项目建设是环境保护、节能减排的重要工程内容。本研究项目可解决公司的排污现状，树立良好企业形象，同时对改善投资环境，促进经济繁荣有着重大的意义，其社会效益显著。
3.2 环境效益
本研究项目每天的废水减排量为1000m3，按照废水处理站出水水质标准，每年可减排COD 36.5t，BOD 9.125t，SS 25.55t，实现水资源的循环利用，同时减轻了对周边环境的影响。
3.3 经济效益
（1）深度处理及回用
中水回用系统每天回用水量为1000吨，按1.0元/吨计，年节约水费33万元。
（2）废热利用收益
废热利用后，年节约蒸汽用量46996.29吨，折算标准煤为6044t根据每吨原煤价格为600元计算，产生的节约收入为512万元（按折标系数0.7143 tce/t原煤，折算每吨标煤的价格为847元）。
（2）废碱液利用收益
每年节约废水处理站中和药剂费36万元，每年节约热电厂烟气脱硫药剂费30万/年，共计116万元。
作者简介：
刘瑞宁，轻化工程专业，中级工程师，研究方向为低温短流程前处理和功能性后整理，现就职于河北宁纺集团新产品开发部，负责染料和助剂的筛选、应用等工作。
电 话：18632924943
邮 箱：Liuruining051209@163.com
