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染整废水臭氧深度处理技术

发布时间:2022-7-19 11:41:37  中国污水处理工程网

  染整废水是一种常见的工业废水,主要产生于染整工业中前处理、染色、印花、后整理等工序。由于纺织染整行业涉及的纺织坯布种类多,染整中使用到的染料、助剂、浆料等种类繁杂,导致废水中的污染物成分复杂,色度较大,pH酸碱性波动大,水温温度高,相对其他行业废水水量大,处理难度高,对地表水体的污染贡献值占比较高。

  随着2012年颁布的《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-2012)的严格执行,绝大部分印染厂都对原有废水处理系统进行了改造或升级,染整行业废水治理工艺落后、治理设备陈旧、稳定达标可靠性低的问题基本得到了解决。

  现行排放标准对重点关注的CODCr、苯胺等污染物项目进行了加严,但针对色度指标,排放标准仍然相对较松,一般排放限值为80倍,特别排放限值为50倍。

  浙江省金华市某染整企业为当地最大的染整企业,以筒纱和绞纱漂染、袜子染色、成衣染色为主,涉及的坯布70%为化纤,30%为棉布。企业在2013年和2015年两次对原有废水处理系统进行了扩容改造,改造工作完成后废水最大日处理量达9000m3/d,废水出水指标可以达到《纺织染整工业水污染物排放标准》的要求。由于企业废水种类多,染料使用品种多,废水排放的色度仍然较高,即使满足现行标准的排放要求,仍然对当地受纳水体水环境质量产生一定影响。企业从当地环境保护的特殊情况出发,主动提出对废水治理系统进一步进行升级改造,增加深度处理系统,确保废水出水色度控制在30倍以下。

  1、深度处理工艺比选

  对于印染废水的深度处理系统,已经在工程实践中广泛应用的包括吸附法及氧化法。其中,吸附法常用的有投加粉状活性炭及大孔吸附树脂吸附法,高级氧化法最常用的包括Fenton氧化法和臭氧氧化法。

  李志平等研究采用DA-201大孔树脂吸附法处理印染废水,结果证明,在合适条件下,色度270倍的废水,反应时间2h,色度去除率可以达到93.9%,脱色效果非常好,且大孔吸附树脂可再生重复利用率高。周玲等研究采用投加粉状活性炭对印染废水处理系统生化池出水进行吸附处理后,粉末状活性炭对CODCr的去除率高达67.4%。解建坤等利用污水厂污泥制作活性炭,并考察了活性炭作为吸附剂时活性炭投加量、吸附时间、pH值等参数对吸附效果的影响,并对其吸附动力学和热力学特性进行了研究。

  姚平等研究采用Fenton氧化法处理印染废水,研究发现Fenton氧化试剂对印染废水中的CODCr及色度去除效率均非常高。陈晓燕等研究对比了臭氧氧化、Fenton氧化法处理印染废水,试验表明臭氧氧化法效果更优。陈广华等对广东某印染工业园废水进行臭氧氧化处理中试研究,结果表明,臭氧对色度的去除效果较好,可将进水40倍左右的色度控制在出水22倍以下。

  针对本项目的特点,最终选择了采用臭氧氧化法作为深度处理的主要工艺。

  2、废水常规处理系统工程概况

  2.1 进出水水质

  企业废水主要为染色车间废水,最大日均废水排放量为9000m3/d,车间所用染料以分散染料、阳离子染料为主,染色坯布以化纤为主,废水进出水的设计指标如表1所示。

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  2.2 处理工艺流程

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  废水处理工艺流程如图1所示。车间的各股废水经汇总收集后,首先进入格栅井去除废水中的纤维及悬浮物,在调节池内混合均匀,进行水质、水量的调节;然后经提升泵进入冷却塔进行降温处理,废水温度降至适合生化处理的温度后,自流进入pH调节池将pH调节至适于生化处理的条件后,先经一级水解酸化处理,将废水中一些难以被微生物直接降解的大分子污染物分解为小分子污染物,提高废水的可生化性,废水再经好氧池,在活性污泥中的微生物作用下,将绝大部分有机污染物去除;好氧池出水经二沉池进行沉淀处理,上清液进入混凝沉淀池,通过混凝反应去除废水中的其他污染物,废水中的CODCr可以稳定地降至小于150mg/L,色度可以小于80倍。

  混凝沉淀池出水进入臭氧氧化池,臭氧氧化池内通过微孔曝气盘定量投加臭氧,臭氧氧化池出水色度可以降至小于30倍。

  2.3 废水实际处理效果

  对企业2017年、2018年废水运行数据进行分析,取比较有代表性的各废水处理单元实际数据,如表2所示。

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  2.4 臭氧氧化系统概况

  系统总进水量9000m3/d,按总水量375m3/h,按臭氧投加80mg/L设计,总臭氧投加量为30kg/h,选择4套10kg/h臭氧发生器,3用1备,配套内循环冷却水系统、臭氧尾气破坏系统、臭氧氧化池一座、液氧储罐1座。

  液氧罐中的氧气经气化器后经减压稳压后进入臭氧发生室。在臭氧发生室内,部分氧气通过中频高压放电变成臭氧,产品气体经流量现场显示、自动调节后由臭氧出气口产出。臭氧发生室上设有臭氧取气口,可通过在每台臭氧发生器配备的臭氧浓度检测仪在线监控臭氧发生器的出气浓度,通过控制系统计算出臭氧产量。

  凝沉淀池出水进入臭氧氧化池进行深度脱色处理,臭氧臭氧氧化池出水色度可以降至小于30倍以下,CODCr可以降至小于120mg/L。

  臭氧发生器的参数如表3所示。

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  2.5 臭氧氧化系统运行效果评价

  在2年的运行过程中,臭氧氧化工艺对废水的脱色效果可以达到设计要求,通过调节臭氧的投加量,出水色度控制在20~30倍时,实际臭氧投加量为40~60mg/L;臭氧发生器实际运行中臭氧浓度低于10%,实际臭氧浓度在8%左右,单台臭氧发生器系统的实际运行功率为50~60kW;臭氧氧化池的出水CODCr与进水CODCr相比,去除值为20~40mg/L,平均臭氧利用率在50%~60%。

  综上,臭氧氧化深度处理系统对色度的去除效果比较理想,可以稳定可靠地达到预期设计指标。但是,臭氧对废水中的CODCr去除不太理想,原因可能是废水中存在一定的悬浮颗粒物,影响臭氧的有效利用率。

  3、废水处理成本分析

  综合企业过去1年的相关运行台账及财务数据,人们可以对废项目废水处理系统的各种费用进行分析;为简化分析,在此主要考虑废水处理过程中的电耗、各类药剂消耗、人工成本、污泥处理费用等直接成本,将设备折旧、管理费用分摊、财务成本等成本剔除,不再进行分析。

  2018年,废水处理系统的月度运行成本如表4所示,废水处理系统的月度吨水处理成本如表5所示,按照年总运行成本,各分项成本占比如图2所示。

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  根据表4、表5和图2可以发现,除2018年2月春节期间以外,废水的运行比较稳定,吨水处理成本基本稳定在1.7~2.0元。其中,人工费和污泥处理费占比较低,均在9%左右,药剂占比成本在28%左右,电费占比最高,占总成本的一半以上,达到54%。按照年度进行平均,吨水处理成本的费用为1.91元/t。

  由于臭氧氧化深度处理系统没有单独设置电表,按照单位臭氧耗电量7.7kW/(kg臭氧)计算电耗;根据财务统计数据年液氧采购量为1685t,以臭氧产生率为8%计,则年臭氧耗电量为1037960kW·h,电费以0.95元/(kW·h)计,液氧单价以600元/t计,年排水量以264万t计,则臭氧氧化深度处理系统运行成本如表6所示。

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  4、存在的问题及改进方向

  4.1 关于提高臭氧发生器产臭氧效率

  臭氧发生器实际臭氧发生量只有标称量的80%左右,尤其是夏季,臭氧得率较低,原因可能是发生器配套的循环冷却水需要通过冷却塔进行降温,而夏季气温较高,导致冷却水温度无法降低到设计温度,进而导致发生器温升较高,影响臭氧发生器的实际运行效率。

  设计时,要充分考虑项目所在地的气候情况,在极端条件时,可以考虑配套冷水机组作为辅助,以提高臭氧发生器的臭氧发生效率,可以有效降低发生器的能耗及液氧的消耗量。

  4.2 关于臭氧氧化池合理选型及设计

  项目所用臭氧氧化池采用半地下钢砼结构,内壁采用玻璃钢鳞片防腐,臭氧氧化池池顶为臭氧发生器设备间,臭氧氧化池池顶开检修口若干。在实际运行过半年以后,池顶的混凝土顶板出现裂缝,氧化池检修口盖板存在密封不严的情况,导致臭氧逸散到发生器设备间内,发生器设备间内的臭氧浓度超过5mg/m3,远高于臭氧的阈值0.1mg/m3,导致配电柜和发生器壳体等产生不同程度的腐蚀。

  建议采用类似工艺时,首选玻璃钢或不锈钢材质的塔式结构,排气经密闭收集并经有效臭氧破坏后,或排放,或接入生化池鼓风机的进风口,用于生化池供氧源。如采用钢砼结构,在进行有效防腐的前提下,还应当在池顶设置负压抽风装置,并且废气经有效处理方可外排。

  4.3 关于臭氧氧化效果的进一步提高

  项目所用臭氧氧化池进水为混凝沉淀池的出水,仍含有一定的悬浮物,根据运行情况可以总结出进水悬浮物升高、臭氧CODCr去除效果下降的规律。同时,对于臭氧氧化池出水,通过进一步混凝沉淀处理后,废水CODCr可以下降至小于80mg/L。

  原因可能是:进水中的悬浮物可能会优先与臭氧反应,从而降低了臭氧的有效利用率;臭氧在与废水中的有机污染物反应时,可能会产生小粒径的悬浮物,这些悬浮物可通过混凝沉淀加以去除。

  设计时,为提高臭氧氧化对CODCr的去除效果,建议在臭氧氧化池前设置过滤单元,可采用砂滤池或者滤布滤池等工艺设备,将废水中的悬浮物去除后再进行臭氧氧化处理。同时,如有条件,建议在臭氧氧化池出水后再设置一级沉淀或过滤设施,有效提高废水的净化效果。

  5、结论

  纺织染整行业作为传统行业,染整废水的常规处理工艺已经有几十年的成熟经验,随着排放标准的日益提高,人们对染整废水的处理不断提出新要求。本项目的实例说明,臭氧氧化法用于印染废水的深度处理效果显著,操作简便,相对其他技术成本优势明显,可以作为同类企业未来提标改造或中水回用的优选工艺。(来源:杭州博盛环保科技有限公司,浙江仁欣环科院有限责任公司,恒昌集团有限公司)

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