一、工程概況
常州某針織印染企業(yè)主要生產(chǎn)高檔針織面料，原有一套(一期)處理能力為4000m3/d的廢水處理工藝，其中回用系統(tǒng)處理能力為1100m3/d。為響應政府號召，減少污染物排放，根據(jù)企業(yè)發(fā)展需要，新增一套(二期)印染廢水處理系統(tǒng)，廢水處理能力為2000m3/d，其中回用系統(tǒng)處理能力為1100m3/d。二期完工后，總廢水處理能力達到6000m3/d，其中2200m3/d達到車間生產(chǎn)回用水標準。企業(yè)目前實際廢水量約5500m3/d，車間出水水質見表1，外排接管指標CODCr≤500mg/L。
深度處理進水水質要求為pH值為6~10，色度為80倍，CODCr為100mg/L，設計回用水水質指標參考《紡織染整工業(yè)廢水治理工程技術規(guī)范(HJ471—2009)》染色回用水質標準，見表2。
二、工藝流程及主要構筑物
2.1 一期工藝流程運行情況分析
2.1.1 一期工藝二級處理流程運行情況
一般認為，BOD5/CODCr值小于0.3的廢水為難生物降解廢水，大于0.3的廢水為可生物降解廢水，比值越大，廢水可生化性越好。該企業(yè)廢水的BOD5/CODCr值為0.3，介于分界點，可生化性不高。原有一期工程中，二級處理工藝流程為“調節(jié)池+初沉池+水解酸化池+生物接觸氧化池+二沉池”，二沉池出水至回用處理工藝。對于“水解酸化池+生物接觸氧化池”組合，水解酸化提高了印染廢水可生化性，生物接觸氧化法兼有活性污泥法與生物膜法的優(yōu)點。
一期工藝自2013年建成后，運行良好，但也出現(xiàn)其他研究者運行該工藝時發(fā)現(xiàn)的一些共性問題。如李金梅發(fā)現(xiàn)，生物接觸氧化法在處理不當時會產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象;程可紅等發(fā)現(xiàn)反應器內(nèi)溶解氧質量濃度至1.0~1.5mg/L時，會出現(xiàn)絲狀菌膨脹。該企業(yè)廢水工藝運行時發(fā)現(xiàn)，隨著有機負荷的升高，針狀填料上生物膜增厚，氧傳遞效率下降，影響出水水質，并發(fā)現(xiàn)了絲狀菌膨脹問題。
2.1.2 一期工藝回用處理流程運行情況
一期工程中，回用處理工藝流程為“氣浮池+氣浮出水池+砂濾、炭濾、精濾+管式超濾+超濾出水池+反滲透裝置+回用水池”，對于“砂濾、炭濾、精濾+管式超濾”組合，砂濾常用于二級處理后的深度處理，截留水中大分子固體顆粒和膠體;炭濾用于除臭、脫色、脫氯，進一步去除有機物等，提高超濾進水水質;超濾膜利用壓力去除水中大分子物質。
回用處理工藝在運行時發(fā)現(xiàn)，砂濾、炭濾出水進入管式超濾后，超濾系統(tǒng)在經(jīng)過反復自動清洗時會發(fā)現(xiàn)，水中微小懸浮物易造成超濾堵塞難以清除，使出水率變低，水損耗增大。
2.2 二期工藝流程
針對一期工程運行時發(fā)現(xiàn)的問題，二期工程對工藝作了針對性調整，把“水解酸化池+生物接觸氧化池”組合調整為“完全混合式活性污泥池”，“砂濾、炭濾、精濾+管式超濾”組合調整為“浸沒式超濾裝置”，二級處理與回用處理工藝見圖1，圓圈部分為與一期工程不同之處。原一期工藝見論文《紡織印染廢水處理中的異味氣體控制工程實例》。
2.3 二期工藝構筑物(變動部分)
2.3.1 活性污泥池
一期工程采用“水解酸化池+生物接觸氧化池”組合去除有機物，二期工程改為活性污泥池，利用大量能適應較高濃度污染物的微生物種群，在好氧條件下分解水中的有機物，微生物利用有機物完成自身生長的同時，去除部分磷和氮?？紤]到企業(yè)廢水BOD5/CODCr值為0.3，可生化性不高，采取延時曝氣活性污泥法，曝氣時間為24h，廢水混合過程為完全混合式，負荷率常小于0.1kgBOD/(kg污泥•d)。池中大量混合污泥能快速吸附廢水中有機物，延時方式使污泥中微生物有足夠時間逐步分解被吸附的有機物。該方法代謝時間更長，產(chǎn)生的剩余污泥量更少，減少頻繁的排泥操作，運行、管理更簡便。
活性污泥池采用鋼砼結構，單個池子尺寸過大會增加池壁壓力，考慮到安全性和空間安排等因素，池子分設2座，單座池子外形尺寸為φ13.5m×7.5m，總有效容積為2000m3，總停留時間設計為24h。
2.3.2浸沒式超濾裝置
二期超濾由原先的管式超濾改為浸沒式超濾，浸沒式超濾系統(tǒng)的能耗低于其他超濾系統(tǒng)，更易與傳統(tǒng)工藝相結合。浸沒式超濾系統(tǒng)的超濾膜可浸入所需處理水中，占地面積省，是膜法水處理的熱點。二期超濾采用廂式自清洗超濾裝置形式，所用超濾膜為增強型偏氟乙烯(PVDF)中空纖維，系統(tǒng)通過抽吸泵(產(chǎn)水泵)在中空纖維膜內(nèi)形成負壓，待處理水因負壓形成動力，凈水通過超濾膜微孔進入中空纖維內(nèi)部通道，匯集至產(chǎn)水管，通過抽吸泵進入出水池，超濾產(chǎn)生的外排水回至調節(jié)池。超濾系統(tǒng)流程見圖2。
該套膜系統(tǒng)有5個箱體(4用1備)，浸沒式PVDF中空纖維超濾膜的簾式膜組件垂直裝于膜池內(nèi)，膜元件型號為SSF-30A，每個膜元件尺寸為824mm×46mm×2200mm，膜平均孔徑為0.04μm，膜絲內(nèi)/外徑為0.9mm/2.1mm，膜元件總數(shù)量為220簾，設計膜總面積/有效總面積為6600m2/5280m2。集水管材質為ABS，采取負壓抽吸式運行，設計產(chǎn)水運行通量和平均運行通量分別為19.72L/(m2•h)和15.78L(/m2•h)，反洗水量92.4m3/h，工作溫度為20℃。
三、一期、二期工藝運行效果比對
二期工藝調試后，實際運行情況良好。車間廢水排放后，流入調節(jié)池，通過提升泵將廢水分別提升至一期和二期處理工藝。因此，運行效果具有一定可比性。在同水質情況下，對一期、二期工藝運行情況進行比對，以此判斷二期工藝的運行效果。比對對象為兩期二級處理進出水(同時比對生化池進出水)和浸沒式超濾-反滲透裝置進出水。
3.1 二級處理工藝對廢水色度的去除效果
印染過程所用染料和助劑不同，前處理和染色工藝不同，都會影響廢水中污染物種類和濃度。印染廢水所含的染料、助劑會提高廢水色度和有機物濃度。根據(jù)回用水水質指標可知，印染用水對回用水水質要求較高[16]，深度處理關鍵點為降低出水中有機物濃度和色度。
在運行檢測階段，廢水顏色以棕色、灰色、黃色、藍色、黑色為主，采用稀釋倍數(shù)法測定廢水色度，色度值介于160~1280倍，平均值為433倍，顏色種類多、波動大、顏色深。一、二期工藝在各自初沉池出水后色度去除率分別為55%和60%，顏色深淺接近；經(jīng)過各自生化處理后，二沉池出水色度去除率分別為82%和91.5%，廢水顏色深度差距增加，說明二期工藝在實際運行過程中，色度去除率更高。每組數(shù)據(jù)測定時，均由同一人測定，以減少檢測人員之間的差異造成的顏色判定誤差。
3.2 二級處理工藝對廢水CODCr去除效果
在印染廢水回用工程中，二級處理出水質量的提高，可有效降低后續(xù)深度處理設備負荷，延長回用設備壽命，降低回用水處理過程成本。兩期二級處理工藝(含生化段)對廢水中CODCr去除效果見圖3。
處理工藝廢水來源于調節(jié)池，廢水CODCr介于550~1200mg/L，平均值為797mg/L。由圖3(a)可知，一、二期二級處理工藝CODCr平均去除率分別為83%和90%，標準偏差σ分別為6.5和2；由圖3(b)可知，一、二期生化池對廢水CODCr平均去除率分別為79%和83%，標準偏差σ分別為6.74和3.65。因此，二期二級處理工藝運行更穩(wěn)定，CODCr平均去除率更高，穩(wěn)定性更好。
從實際運行效果看，“完全混合式活性污泥法”優(yōu)于“水解酸化+接觸氧化法”。一般認為，對于印染行業(yè)等產(chǎn)生的生化性差的廢水，厭氧-好氧工藝比單純好氧方法更適合。王昂做過生化性差廢水處理的對比試驗，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)此類研究結果相反的原因主要是，廢水中纖維、雜質等隨廢水進入接觸氧化系統(tǒng)后，易附著于填料上，擠壓微生物生長空間，使系統(tǒng)處理效果達不到設計值。
3.3 二級處理工藝對廢水中氨氮的去除效果
微生物在代謝有機物時，除需要碳源外(以BOD5計)，還需要氮源、磷源，BOD5∶N∶P比值為100∶5∶1，以滿足微生物所需營養(yǎng)比例要求。本研究采用CODCr反映碳源(見圖3)，采用氨氮反映氮源(見圖4)，采用總磷反映磷源(見圖5)。
調節(jié)池廢水氨氮質量濃度介于8~9.5mg/L，平均值為8.7mg/L。由圖4(a)可知，一、二期二級處理工藝氨氮平均去除率分別為72%和77%，標準偏差σ分別為4.27和4.82;由圖4(b)可知，一、二期生化池對廢水氨氮平均去除率分別為69%和73%，標準偏差σ分別為5.22和5.99。因此，二期二級處理工藝氨氮平均去除率略高，但運行穩(wěn)定性較一期略低。
3.4 二級處理工藝對廢水總磷的去除效果
調節(jié)池廢水總磷質量濃度介于1.5~4.0mg/L，平均值為2.17mg/L。由圖4(a)可知，一、二期二級處理工藝總磷平均去除率分別為64%和64%，標準偏差σ分別為22.99和18.96;由圖4(b)可知，一、二期生化池對廢水總磷平均去除率分別為61%和46%，標準偏差σ分別為20.31和18.81。因此，一、二期二級處理工藝總磷去除率均不高，活性污泥法總磷去除率較低，運行穩(wěn)定性均較差。主要原因為水解酸化段氧濃度較低，有利于聚磷菌對磷的釋放，接觸氧化段氧濃度較高，有利于聚磷菌對磷的過量吸收。
回用處理系統(tǒng)根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)需要和二級處理出水水質情況來確定是否運行，最后回用水都進入回用產(chǎn)水池備用，為確定兩期超濾裝置運行狀況，有針對性的對一期超濾組合和二期浸沒式超濾出水進行測定，測定結果見圖6。
從出水CODCr、氨氮、總磷測量值看，出水相對穩(wěn)定，進入超濾產(chǎn)水池的出水可以滿足一般回用水要求。若回用于對水質要求較高的生產(chǎn)，需要進一步通過反滲透裝置處理。
在二期工程運行后，兩期的回用出水都能達到回用水要求，因此，兩期深度處理出水混合進入回用產(chǎn)水池。作為對水質要求較高的生產(chǎn)用水，產(chǎn)水池水質檢測數(shù)據(jù)為：pH值6.4~7.5，色度為0，ρ(CODCr)為4.3mg/L，ρ(氨氮)為0.08mg/L，ρ(總磷)為0.03mg/L，ρ(余氯)為0.03mg/L，電導率為17.2μS/cm。
四、經(jīng)濟效益
在二期工藝運行后，實際運行管理人員未增加，由現(xiàn)有操作人員兼任，因此，成本分析主要包括電費和藥劑費用。因二期設備為新設備，需用大量藥劑進行清洗，因此，初期成本核算時，二期成本較高，若僅考慮正常運行所含電費和藥劑費，一、二期成本接近。二期每噸水所用藥劑費用見表3。
根據(jù)一期、二期所產(chǎn)中水分開核算后，工業(yè)用電電費按0.7元(/kW•h)計，一期處理成本為(含藥劑費和電費)2.18元/t水，二期處理成本為4.14元/t水[含藥劑費(表3)、電費、新設備清洗藥劑費用]，按總產(chǎn)水量核算，平均為2.85元/t水。企業(yè)新鮮用水費用為1.8元/t，預處理費0.5元/t，污水接園區(qū)污水處理廠費用為4.6元/t，總用水成本為6.9元/t，中水回用可節(jié)省生產(chǎn)運行成本。
五、結語
工程實踐表明，該企業(yè)二期工程用“完全混合式活性污泥池”代替“水解酸化池+接觸氧化池”，二級處理出水CODCr、氨氮、總磷等指標達到一期出水水平；用“浸沒式超濾裝置”代替“砂濾、炭濾、精濾+管式超濾”，中水處理工藝也達到中水回用標準。回用水處理成本與新鮮用水總成本相比，中水回用有利于企業(yè)生產(chǎn)運行成本的降低，節(jié)省水資源和提高水重復利用率。
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