1、项目背景
我国水资源总量大,但人均占有量少,纺织行业作为我国传统优势行业,能耗水耗高和污染严重的问题却始终没有得到有效解决"。喷水织机作为我国当前纺织业中应用范围最广泛的织造设备之一,具有产量高、质量好、织造费用低的优点,但却需要消耗大量的优质自来水。且在织造过程中为了提高经丝的平滑性和耐磨性,需要选用合适的浆料主要为化学浆料和淀粉类浆料,浆料的使用使出水的COD、SS偏高,如果不能有效的对喷水织机废水进行处理,循环利用,会导致巨大的水环境污染和资源浪费。随着水源的日益紧张和各地水质排放标准的日趋严格,纺织行业污水的回用与企业的生存和发展利益攸关,因此纺织废水的处理和中水回用势在必行。
为了改善由纺织废水带来的水资源浪费,提升由纺织废水排放造成水体污染区域的水质,本研究通过“调节池+组合式气浮池+CASS生化池+V型滤池”的污水处理工艺对江苏吴江区某喷织废水污水站进行提标改造。改造后,该污水站对喷织废水集中收集处理后可达到全流量回用。
2、处理工艺的优化组合与确定
喷织废水中最难处理的是上浆阶段产生的难降解高分子聚合物聚丙烯酸酯,目前对浆料废水的处理的研究主要集中在退浆环节浆料的处理,处理方法主要有化学混凝法、Fenton氧化法、厌氧生物法、超滤法。
方佩珍等将喷织废水通过格栅+混凝气浮+曝气生物滤池工艺处理后,中水水质可满足喷水织机用水要求,大幅减轻了原集中处理污水厂的水处理负荷,污水处理厂出水水质可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准。冯晓强通过对苏州某纺织有限公司喷水织机废水回用系统的介绍,说明超滤技术的应用可以很好地解决喷织废水回用的问题,系统自动化程度高、运行稳定可靠,在为企业节能降耗的同时可以实现经济、环境、社会效益。郭小伟等通过破乳+气浮+机械过滤+活性炭过滤工艺处理喷织废水,该工艺可有效地处理喷织废水中的污染物质,满足了喷水织机的用水要求,水循环利用率可达70%以上。周雪峰等研究出一种喷水织机废水处理回用方法,包括气浮+生物处理+沉淀+过滤,最终实现回用的工艺流程,此套工艺不仅可以提高中水回用水质,并可用于所有喷水织机的废水处理,并且中水回用率也有明显提高可达90%以上。
依据现行的《纺织染整工业水污染物排放标准》及《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB321072-2018),本工程设计出“调节池+组合式气浮池+CASS生化池+V型滤池”的污水处理工艺,污泥处理工艺采用浓缩+板框压滤脱水。工艺流程图如图1所示。
3、主要处理构筑物及设计参数
3.1 调节池
对原有调节池做加高处理后,调节池的尺寸为12mx19.8mx5.4m,钢砼,1座,主要用于水质水量的调节,水力停留时间为1.78h。
3.2 组合式气浮池
经调节池预处理后的污水经加压进入组合气浮池,利用气浮池中溶气装置产生的溶气水中的微小气泡与水中的微小悬浮颗粒粘合在一起,产生浮渣,使水中微小悬浮物得以去除。气浮池工艺图见图2。
气浮池设计尺寸:15mx5mx1.5m,钢砼,共设置4座,每座处理水量不小于250m3·h,水力停留时间为0.45h。配有三台搅拌机(P=0.75kW两用一备),溶气水泵1台(P=22kW),空压机1台(P=5.5kW)。加药设备共设置4套,用于投加PAC、PAM。
3.3 CASS生化池
CASS生化池不仅克服了传统SBR不能连续进水的缺陷,而且CASS生化池中含生物选择区、缺氧区和主反应区,在一个处理单元中即可完成有机污染物的生物降解和泥水分离,对COD、NH3-N有较好的处理效果。CASS生化池工艺图见图3。
CASS生化处理工艺中的进水来自于CASS池上的气浮池出水,在每组气浮池出水管上各设一台电动阀门分别控制四组CASS反应池的进水生化反应池。运行时按进水、曝气、沉淀、水、排泥完成一个周期,运行周期数为6周期/天,每个周期为4h(其中曝气时间2h,沉淀时间1h,滗水、排泥共1h(其中滗水0.65h,排泥0.35h)。共采用两座CASS生化池,规格为31.5mx11m,水深5.5m,每座反应池分为两组处理单元,运行方式为连续进水,间歇排水。反应池的活性污泥负荷率为0.17kgBOD5/kgMLSS。在单组CASS生化池中:
选择区:有效容积52.43m3,有效水深5.5m。通过选择区内基质浓度的梯度大来对微生物进行选择性培养。
缺氧区:有效容积262.17m3,有效水深5.5m。每组池内设低速潜水搅拌器2台,功率4kW,防止污泥沉淀并使泥水充分混合接触。
主反应区:有效容积为1573m3,有效水深5.5m,采用橡胶微孔曝气头曝气。共设938个微孔曝气头(未含备用)。微孔曝气头的空气流量为1.5~3m3/个·h,充氧能力0.112~0.185kgO2/m3·h,动力效率:4kgO/kW·h,氧利用效率(水深5.5m时),18.4~27.7%。
根据不同溶解氧浓度控制鼓风机供气量,主反应区设滗水器一台,滗水器排水量800m/h;滗水深度2.9m。
单组反应池主反应区设污泥回流泵两台,剩余污泥排泥泵两台,均不安装备用泵,只考虑库房各备用一台泵。
3.4 V型滤池及清水池
V型滤池具有良好的过滤、反冲洗及调控性能,被广泛应用于水处理工艺中,对提高整个水处理工艺效果至关重要。经过气浮和CASS生化处理后的污水被分配到滤池中以去除残留的SS,以满足出水要求。V型滤池工艺图见图4。
滤池采用V型砂滤池共设置3组,一组3格,有效面积9.0mx13.1m,水深3.7m,在每一组滤池内设置液位传感器,通过滤池出水的调节阀控制滤池的液位;同时在每一组滤池内设置阻塞传感器可用来监控滤池的工作情况。滤池的反冲洗采用气、水反冲洗方式,反冲洗的设置可根据时间或滤池滤层的阻塞情况实现全自动控制,也可以用手动方式进行强制反冲洗。冲洗污水被收集后通过重力回流至调节池。
设计参数:最大流量:800m/h,滤池数量:3个,单池流量:267m/h,每个滤池单格尺寸:9.0mx3.5m,单池面积:31.55m²,正常滤速:8.5m/h,一个滤池反洗时滤速:9.1m/h,过滤时介质以上的水深:1.2m,过滤介质床厚度:1.5m,过滤介质的规格:1.35mm。
反冲洗强度:冲洗水:15m/(m²·h),冲洗气:55m3/(m2·h),交叉冲洗水:7m/(m2·h)。
反冲洗水采用清水池中中水四,清水池采用方形国标钢筋混凝土清水池,内设反冲洗供水泵和回用水供水,设置尺寸为9.9mx9.9mx3.5m,共两组。在清水池中各设置清水潜水泵1台,共两台,1用1备。流量Q=400m/h,扬程H=9m,功率N=15kW。鼓风机房设置罗茨风机两台,1用1备。风量Q=1735m/h,扬程H=5m,功率N=45kW。
为保证滤池连续安全供水,滤池采用CP310集中PLC与滤池控制台两种方式控制,当网络通讯或集中PLC出现故障时,滤池仍可启动反冲洗,从而滤池可以继续运行而不会中断生产。该部分设计由成套设备供应商进行二次深化设计。
3.5 污泥处理装置
本工程共1座污泥池,共四格,间歇处理,总处理量为176吨/天,污泥池采用4组5mx5m浓缩池;平面尺寸为21.35mx5.6m。污泥由提升泵提升至现状污泥脱水间进行脱水,上清液回流入调节池。
4、运行效果
项目建成后,平均进水水量为1.6万吨/天,工艺运行稳定,对喷织废水的收集集中处理达标后可完成100%回用,出水排放标准也可以达到《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32/1072-2018)要求。2021年11月的实际进出水水质见表1,经处理后的水质指标COD稳定在50mg/L以下,NH3-N稳定在0.8mg/L以下,TP稳定在0.2mg/L以下,TN稳定在1.5mg/L以下。可见,改造后的水质均优于该喷织废水污水站的设计出水标准,且均可以满足喷织水机的用水要求。
5、结论
本项目采用“调节池+组合式气浮池+CASS生化池+V型滤池”的处理工艺,出水水质可以满足喷水织机用水要求,对喷织废水集中处理后可实现100%回用。本项目工程成功实施的范例可以为企业内部原厂处理和回用的提标改造提供参考,对整体太湖及淮河等流域类似由于纺织废水排放造成水体污染的区域的整体水环境的改善和水质提升有重大意义。本项目工程总投资2688.9万元,每吨水的总运行费用为0.73元,每年(按365天计)可节省运行费1908.68万元,具有较大的社会和经济效益。(来源:(江苏中设集团股份有限公司,南京林业大学)