印染污水三級(jí)生化處理及中水回用技術(shù)

摘要：該文介紹了水資源的短缺、印染污水的回用必要性及回用狀況。主要?dú)w納總結(jié)了物化法、化學(xué)法、生物法的組合工藝及現(xiàn)如今的超濾反滲透和新隔離型曝氣生物濾池法的處理情況。使用厭氧水解酸化—曝氣生物濾池法-離子交換中水回用。

一.  印染污水中水回用現(xiàn)狀

我國是一個(gè)干旱缺水嚴(yán)重的國家。我國的淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6%，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，名列世界第四位。但是，我國的人均水資源量只有2300立方米，僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。然而，中國又是世界上用水量最多的國家。僅2002年，全國淡水取用量達(dá)到5497億立方米，大約占世界年取用量的13%，是美國1995年淡水供應(yīng)量4700億立方米的約1.2倍。

目前全世界的淡水資源僅占其總水量的2. 5%，其中70%以上被凍結(jié)在南極和北極的冰蓋中，加上難以利用的高山冰川和永凍積雪，有86%的淡水資源難以利用。人類真正能夠利用的淡水資源是江河湖泊和地下水中的一部分，僅占地球總水量的0.26%.目前，全世界有1 /6的人口、約10億多人缺水。專家估計(jì)，到2025年世界缺水人口將超過25億。

印染污水有機(jī)物含量高、可生化性差、成分復(fù)雜、色度大、水質(zhì)變化大，是公認(rèn)較難處理的工業(yè)污水。我國是印染大國，印染污水日排量占工業(yè)污水排放總量的35-40%。因此中水回用將是我國未來發(fā)展的重中之重。

日本、美國、以色列等的中水會(huì)用技術(shù)相對(duì)較成熟。日本中水回用占處理水量的46%；美國中水回用占比達(dá)50%以上；以色列中水回用比較出色，污水經(jīng)處理后46%用于灌溉，其余33%和20%分別回灌與地下或排入江河。

目前我國內(nèi)對(duì)于紡織印染污水的回用不到20%，遠(yuǎn)不能達(dá)到《中華人民共和國水污染防治法》、《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》、《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》、《中華人民共和國循環(huán)經(jīng)濟(jì)法》、《印染行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》、《棉印染清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》等法律、法規(guī)的80%以上回用的要求。

這是由于

1：中水回用是在對(duì)印染污水處理達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，而實(shí)際運(yùn)行中很難達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，尤其在鹽度和硬度方面。

2：近年來列用過濾技術(shù)（超濾、納濾、反滲透）雖可以達(dá)到回用，但其運(yùn)行費(fèi)用昂貴，且濾膜更換頻繁更使費(fèi)用增加不少。

3：中水回用系統(tǒng)前期投入較多收益時(shí)間較長。很多地區(qū)私自開采地下水使用成本低而不愿意中水回用。

4：排放守法成本高而違法成本低，因此很多未處理偷排或未達(dá)標(biāo)直接排放。

近年來由于政府及全社會(huì)的普遍重視，各地政府及環(huán)保部門監(jiān)管力度逐步加大，對(duì)于散、亂、差等監(jiān)管不利的企業(yè)要求集中統(tǒng)一進(jìn)工業(yè)園區(qū)。集中供氣、集中供水、集中污水處理。使得企業(yè)用水、排水費(fèi)用的增加不少。

例如浙江、福建的用水和排水當(dāng)達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)收費(fèi)在9-16元不等，汕頭地區(qū)也將逐步統(tǒng)一在2019年前全部進(jìn)園區(qū)。這將逼迫企業(yè)從自身的利益考量的對(duì)中水回用的重視。加上部分企業(yè)在之前申報(bào)排污量時(shí)均偏向于量小，或由于企業(yè)自身發(fā)展排放水量早已超過排污許可證的量。列入2017年普寧地區(qū)環(huán)保執(zhí)法部門按照各企業(yè)的排污許可證監(jiān)管，使得許多企業(yè)停產(chǎn)限產(chǎn)，嚴(yán)重影響了企業(yè)的正常經(jīng)營。印染中水回用勢在必行。

二：印染污水中水回用標(biāo)準(zhǔn)

印染污水經(jīng)深度處理后主要用于工業(yè)水的冷卻用水、洗滌用水、工藝與產(chǎn)品用水、廠區(qū)綠化用水、廠區(qū)路面沖洗用水、廁所沖洗用水等。

表2-1    洗滌、紡織、印染行業(yè)應(yīng)執(zhí)行《紡織染整工業(yè)回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》

備注：

1：硬度小于150mg/L可全部用于生產(chǎn):。

2：硬度在150-325mg/L之間，大部分可用于生產(chǎn)。皂洗和堿液用水硬度最高為150mg/L.

3：但溶解性染料用使用小于或等于17.5mg/L的軟水。

4: 電導(dǎo)率小于30us/cm可用于全部生產(chǎn)。電導(dǎo)率在30-250us/cm之間，可用于漂洗等生產(chǎn)。

表2-2 印染污水不同回用方式水質(zhì)指標(biāo)要求                    單位mg/L

三、 印染污水中水回用方法

印染污水中水回用處理方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法及其組合方法。對(duì)于印染污水的中水回用技術(shù)而言重點(diǎn)是對(duì)COD、色度、鹽度、SS的去除。印染污水經(jīng)過二級(jí)處理后可生化性不高，單純的好氧生物降解有一定的難度，因此需要在好氧之前加水解酸化。另外單純的生物降解對(duì)水質(zhì)的硬度及電導(dǎo)率降解有限。因此還需要考慮離子交換。

工藝流程：水解酸化—NBAF----離子交換—車間用水。

表3-1印染污水中水回用方法

3.1：物理處理法

物理處理方法的原理是利用物理作用，分離污水中不溶性的懸浮狀態(tài)（包括油膜和油珠）的污染物質(zhì)。將廢水中懸浮物、膠體物和油類等污染物分離出來，從而使廢水得到初步凈化，在其物理過程中不改變污染物的化學(xué)物質(zhì)。以熱交換原理為基礎(chǔ)的處理法也屬于物理處理法。

常用的物理處理法有調(diào)節(jié)法、格柵、篩網(wǎng)、砂濾、碳濾、過濾、沉淀、氣浮、重力分離、離心分離和蒸發(fā)、結(jié)晶等。格柵、篩網(wǎng)、砂濾等方法用于截留各類漂浮物、懸浮物；沉淀、氣浮等方法用于分離比重雨水不同的各類污染物質(zhì)；離心法用于分離各類懸浮物。物理法主要用于改善水質(zhì)和預(yù)處理，去除懸浮物及膠體物質(zhì)。其優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡單，費(fèi)用低廉。但處理效果較差，一般只作為預(yù)處理和初級(jí)處理。

近年來發(fā)展起來的膜分離技術(shù)，包括反滲透（RO）、納濾（NF）、超濾（UF）、以及唯恐過濾（MF）技術(shù)，卻具有處理效率高和處理效果好的特點(diǎn)，可用于誰的深度處理。雖然許多發(fā)達(dá)國家包括我國在內(nèi)的一些發(fā)展中國家也在大力發(fā)展膜分離技術(shù)，但膜的制造成本限值了這一技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

3.2：化學(xué)處理法

化學(xué)處理方法的原理是利用化學(xué)反應(yīng)和傳質(zhì)作用，分離、去除廢水中呈溶解、膠體狀態(tài)的污染物質(zhì)或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。

常用的化學(xué)處理法有化學(xué)沉淀法、中和法、混凝法、氧化還原法、萃取法、吹脫法、汽提法、吸附法、電解法、離子交換法、活性炭法和電滲析法。

化學(xué)沉淀法是是向污水中投機(jī)各類混凝劑，使之與水中的污染物其化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)不溶于水貨難溶于水的化合物，析出沉淀，使污水得到凈化；中和法是利用中和過程處理酸性或堿性污水‘氧化法是利用液氯、臭氧等強(qiáng)氧化劑氧化分解污水中污染物；電解法是利用電解原理，在陰陽極上分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，使污水得到凈化。

化學(xué)處理法可以去除懸浮物、膠體物質(zhì)、色度、溶解性物質(zhì)、金屬離子及其他污染離子。優(yōu)點(diǎn)是能達(dá)到二級(jí)甚至三級(jí)處理標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是費(fèi)用高。

3.3：生物處理法

生物處理法是利用自然界中存在的各種微生物的代謝作用，將污水中的有機(jī)物分解和向無機(jī)物轉(zhuǎn)化使污水得到凈化。

生物處理法是污水處理中應(yīng)用最廣泛且有效的方法。它包括好氧處理和厭氧處理兩大類。好氧處理包括活性污泥法和好氧生物膜法。厭氧處理包括消化水解法和厭氧生物膜法等。

好氧三級(jí)生化中水回用新隔離型曝氣生物濾池法（NBAF）生物技術(shù)

A:定義

微生物細(xì)胞幾乎能在水環(huán)境中任何適宜的載體表面牢固的附著，并在其上生長和繁殖，由細(xì)胞內(nèi)向細(xì)胞外延伸的胞外多聚物使微生物細(xì)胞形成纖維狀的纏結(jié)結(jié)構(gòu)，便被稱之生物膜。

B:好氧生物膜法的原理

污水長期與填料接觸，就會(huì)在其表面形成生物膜，并逐漸成熟。固定生物膜法中，微生物附著在載體表面生長而形成膜狀，當(dāng)污水流經(jīng)載體表面和生物膜接觸的過程中，污水中的有機(jī)污染物被微生物吸附、穩(wěn)定、最終轉(zhuǎn)化為H₂O、CO₂、NH₃和微生物細(xì)胞物質(zhì)，污水得到凈化。

C:生物膜的特點(diǎn)

生物膜中的微生物不像活性污泥那樣承受較強(qiáng)的攪拌沖擊，易于生長繁殖。生物膜是由細(xì)菌（好氧、兼性、厭氧）、真菌、藻類、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物以及一些肉眼可見的蠕蟲、昆蟲和幼蟲等組成。微生物量多，處理能力大，凈化功能顯著提高。由于微生物附著生長并使生物膜具有較低的含水率，單位反應(yīng)器內(nèi)的生物量可高達(dá)活性污泥法的5-20倍，因而生物膜反應(yīng)器具有較高的處理能力。

生物膜法都分段處理，在每段都自然形成自己獨(dú)特優(yōu)勢的生物圈，這種現(xiàn)象對(duì)有機(jī)污染物是相當(dāng)有利的。生物膜法對(duì)于進(jìn)水BOD在50mg/L以下的水能很好的處理成5-10mg/L.而活性污泥對(duì)于低于60mg/L的沒有辦法處理。

D：優(yōu)越性

如今國內(nèi)大部分使用活性污泥法，凈水后均產(chǎn)生大量的污泥，這些污泥含有高濃度的有機(jī)物，極難處置，形成二次污染的污染源。污泥的產(chǎn)生是傳統(tǒng)污水處理技術(shù)難以突破的瓶頸。由于人工曝氣量大，微生物膜在完成使命死亡后自身發(fā)生氧化，因此本技術(shù)的最大特點(diǎn)是凈化污水時(shí)幾乎不產(chǎn)生有機(jī)污泥，這正是傳統(tǒng)凈化技術(shù)的致命軟肋。

（1）NBAF曝氣生物濾池是一種新型的隔離型的高負(fù)荷浸沒式固定生物膜三相反應(yīng)器，它集中了現(xiàn)有污水生化處理兩類方法：活性污泥法和生物膜法各自優(yōu)點(diǎn)，并將生化反應(yīng)和物理過濾（即生物降解去除BOD和固液分離去除SS）兩種處理過程合并在同一個(gè)反應(yīng)器中完成。

NBAF按照水流方向分上向流和下向流，下向流曝氣生物濾池在進(jìn)水的同時(shí)，采用水汽逆向的工藝路線，使介質(zhì)表面形成生物膜，污水流過濾床時(shí)，污染物首先被過濾和吸附，然后同化、代謝、降解。所以NBAF曝氣生物濾池可以在降解有機(jī)物的同時(shí)，具有生物絮凝和吸附過濾的作用。而且由于生物膜附著在生物巢濾料上，活性很高，生物膜不受泥齡限值，對(duì)于污染物的降解十分有利。

隨著處理過程的進(jìn)行，在濾料縫隙之間的懸浮活性污泥形成了污泥濾層，在氧化降解污水中有機(jī)物的同時(shí)，起到了進(jìn)一步吸附過濾作用，從而能使有機(jī)物及懸浮物均能得到比較徹底的清除。

（2）在反應(yīng)器的上部異樣菌為優(yōu)勢菌種，碳污染物主要在這里被去除，而在反應(yīng)器下部，自養(yǎng)菌如硝化菌占優(yōu)勢，氨氮被硝化。在生物膜內(nèi)部以及部分馬鞍球型生物巢填料縫隙之間，蓄積大量活性污泥的兼性微生物，因此在NBAF中可發(fā)生碳污染物的去除，同時(shí)硝化和反硝化的的功能。

（3）NBAF特殊的專利性馬鞍球型生物巢填料為微生物提供了最佳的生產(chǎn)環(huán)境，因此生物量大、濃度高，使其容積負(fù)荷增大，不僅減少了池的容積和占地（容積僅為活性污泥法的1/3-1/5）,而停留時(shí)間縮短至4-8小時(shí)?；ㄍ顿Y省20-30%。

（4）填料固定床中的馬鞍球型生物巢填料具有巨大的比表面積，其上生長著各種碳化菌組成的高活性生物膜，具有氧化降解和吸附過濾水中污染物的功能（可去除污水中的有機(jī)物COD、BOD、SS、NH3-N、P等），且一般不設(shè)置二沉池。

（5）氣水相對(duì)運(yùn)動(dòng)，氣泡接觸面積增大，氧的利用率提高15%-20%，增加氣水與生物膜接觸面積，從而提高處理效果，降低運(yùn)行費(fèi)用。

（6）硝化效率高，脫氮效果好，這是常規(guī)二級(jí)處理達(dá)不到的。

（7）高質(zhì)量的出水達(dá)到砂濾三級(jí)處理水質(zhì)，不但可以滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，而且可達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)。NBAF對(duì)低濃度的有機(jī)廢水也有很好的處理效果，如洗澡水。

（8）馬鞍球型專利生物巢填料使用壽命20年以上，無需更換。

（9）由于NBAF沒有污泥齡限值，長期運(yùn)行將產(chǎn)生微生物內(nèi)源消化，因此幾乎沒有污泥產(chǎn)生。

表3-2  NBAF與傳統(tǒng)處理工藝設(shè)計(jì)參數(shù)比較表

從以上數(shù)據(jù)對(duì)比可知，NBAF工藝不僅在生化反應(yīng)單元上有機(jī)負(fù)荷高、水力停留時(shí)間短，因而反應(yīng)器體積小，占地面積少，同時(shí)不需要單獨(dú)設(shè)置二次沉淀池，其基建投資省的優(yōu)勢十分明顯，這是其它任一處理工藝無法企及的

E.好氧、厭氧、兼氧生物膜一體化技術(shù)

為了保持生物膜好氧菌的活性，向生物膜提供氧氣創(chuàng)造好氧條件，本技術(shù)采用曝氣強(qiáng)制通風(fēng)供氧。好氧層的厚度和污水的流量和濃度相關(guān)聯(lián)

微生物的生長繁殖使生物膜厚度增大，營養(yǎng)物和氧的傳遞阻力加大，使生物膜深處的營養(yǎng)物和氧供應(yīng)不足，促使微生物內(nèi)源代謝產(chǎn)生厭氧層。中間部分形成兼氧層。

好氧、厭氧、兼氧一體化，在親水的表層形成的好氧層吸收、氧化、分解水中的有機(jī)物。好氧、厭氧和兼氧同時(shí)形成了硝化和反硝化。因此具有脫氮的功能。