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1.6设计水量、水质及治理目标
1.6.1设计水量
本方案处理能力为日处理量3000m3/d,按24小时运行设计,平均时流量约为125m3/h。
1.6.2设计水质
本方案设计水质如下:
表1.1设计水质参数
CODcr
BOD5
SS
色度
PH
900mg/L
350mg/L
300mg/L
800倍
11
1.6.3治理目标
根据广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26-2001),执行标准,具体如下:
表1.2广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)
≤100mg/L
≤20mg/L
≤40倍
6~9
2印染生产工艺概况
2.1印染生产概念
印染工艺指在生产过程中对各类纺织材料(纤维、纱线、织物)进行物理和化学处理的总称,包括对纺织材料的前处理、染色、印花和后整理过程,统称为印染工艺。
染色是使染料与纤维之间发生化学或物理化学的结合,或用化学方法在纤维上生成颜料,使整个纺织品具有一定坚牢色泽的加工过程。
根据产品使用原料的不同可以划分为:
棉纺织印染、麻纺织印染、毛纺织染整、丝绸印染和其他印染。
2.2化学药品的使用
2.2.1染料
染色过程中能使纤维获得色泽的物质称为染料。
染料一般能直接溶于水或通过化学处理而溶于水,对纤维有一种结合能力(亲和力),并在织物上有一定的色牢度。
染料对纤维的染色,包括面很广,而且各种染料对各种纤维的染色情况也各不相同。
根据其性质和应用可以分为以下几类:
直接染料:
不依赖其他介质而直接染色,大多数是芳香族化合物的磺酸钠盐(-SO3Na)和少量羧基钠盐(-COONa)。
不溶性偶氮染料:
又称之为纳夫妥染料或冰染染料。
一般先打底再显色,主要用于棉纤维的染色。
因该染料对人体和环境有害,已被欧美市场拒用。
活性染料是一种含有能与纤维上的羟基、氨基或酰胺基发生共价键结合的活性基团的可溶性染料,可广泛应用于棉、麻、丝、毛和化纤等纺织材料的印染。
还原染料不溶于水,它的分子结构中含有酮基,是一种在碱性强还原溶液中生成隐色体而溶解后才能染色的染料。
可溶性还原染料一般由还原染料衍生而来的,是用还原染料经过还原及酯化而成的隐色体硫酸酯钠或钾的盐。
与还原染料不同的是在染色的过程中不使用烧碱和保险粉。
硫化染料是含两个或以上硫原子组成硫键(R-S-S-R′)的染料,在染色过程中必须使用硫化碱。
硫化染料价格低廉、氯漂牢度差,适用于棉、粘胶和维纶纤维的染色。
分散染料是一类水溶性较低的非离子型染料,主要是低分子偶氮、蒽醌及二苯胺的衍生物,其特点是在分散剂的作用下,在溶液中为0.5~2微米分散颗粒。
酸性染料的分子结构中含有磺酸基、羧基等亲水基团,其母体多为偶氮类、蒽醌类和三苯甲烷类。
在酸性溶液中与纤维上的氨基结合,可以直接染羊毛、蚕丝和锦纶。
金属络合染料的分子由染料分子(大多是酸性染料)和金属原子络合而成,在中性或酸性溶液中染色。
还有阳离子染料、媒介染料、酞菁染料、氧化染料和缩聚染料等。
2.2.2助剂
染整助剂是能缩短加工周期、提高产品质量、改善产品性能,在染整过程中投加的药剂,主要包括表面活性剂、金属络合剂、还原剂、树脂整理剂和染色载体等,其种类繁多,按其应用可列举以下几类:
润湿剂和渗透剂类,乳化剂和分散剂类,起泡剂和消泡剂类,金属络合剂类,匀染剂、染色载体和固色剂类,还原剂、拔染剂、防染剂和剥色剂类,粘合剂和增稠剂类,柔软剂和防水剂类,上浆硬挺整理剂类,树脂整理剂、荧光增白剂类,防静电类,阻燃整理类,羊毛防缩和防蛀类,防霉防臭整理剂类,防油易去污类。
2.3废水特点
印染废水的水质随加工的纤维种类和采用工艺以及使用的染化料的不同而异,污染物组分差异很大。
一般印染废水pH值为6~13,色度可高达1000倍,CODcr为400~4000mg/L,BOD5为100~1000mg/L。
印染废水一般具有污染物浓度高、种类多、含有毒有害成分及色度高等特点。
以处理难度为标准可分为:
1、高浓度印染废水:
机织布的退煮漂废水、牛仔线的浆染废水、印花废水、蜡染废水、碱减量废水和绣花废水等。
2、中等浓度印染废水:
毛织物染色、针织染色、丝绸染整、缝纫线染色及拉链染色等。
3、低浓度印染废水:
牛仔服饰洗漂废水。
3废水处理工艺设计
印染废水含有多种染料、浆料、表面活性剂等助剂。
废水特点是有机物浓度高、成分复杂、可生化性较差、色度高且多变、水质水量变化大,属于较难处理的工业废水。
3.1常用废水处理工艺
印染废水处理常用的工艺主要分为两大类:
1、物化法:
利用加入絮凝剂、助凝剂在特定的构筑物内进行沉淀或气浮,去除污水中的污染物的一种化学物理处理方法。
但该类方法由于加药费用高、去除污染物不彻底、污泥量大并且难以进一步处理,会产生一定的“二次污染”,一般不单独使用,仅作为生化处理的辅助工艺。
2、生化法:
利用微生物的作用,使污水中有机物降解、被吸附而去除的一种处理方法。
由于其降解污染物彻底,运行费用相对低,基本不产生“二次污染”等特点,被广泛应用于印染污水处理中。
3.1.1物化工艺
物化工艺常用的主要有:
絮凝沉淀、气浮、吸附、过滤。
1、絮凝沉淀:
絮凝沉淀通过加入絮凝剂、助凝剂,使胶体在一定的外力扰动下相互碰撞、聚集、形成较大絮状颗粒,从而使污染物被吸附去除。
常用的处理设施有:
竖流沉淀池、斜管沉淀池、辐流沉淀池、平流沉淀池等。
絮凝沉淀在印染废水处理中常用,一般可去除40~50%的CODcr、60~80%的色度。
2、气浮:
气浮气浮是以微小气泡作为载体,粘附水中的杂质颗粒,使其密度小于水,然后颗粒被气泡携带浮升至水面与水分离去除的方法。
主要设施有:
传统溶气气浮、CAF涡凹气浮、超浅层气浮等。
气浮在印染废水处理中常用,一般可去除40~50%的CODcr、60~80%的色度。
3、吸附:
吸附利用固体表面的分子或原子因受力不均匀而具有多余的能量,当污染物碰撞到固体表面时,受到吸引而停留在固体表面的过程。
常用的有:
活性炭、硅藻土、树脂吸附剂等。
吸附在印染废水处理中不常用。
4、过滤:
过滤去除化学沉淀和生物过程未能去除的微细颗粒和胶体物质。
主要有:
各类滤池、各种膜材过滤器等。
过滤在印染废水处理中不常用,除非回用水的深度处理或针对某些难降解化合物的处理。
物理化学方法中,常用的有吸附法,它是利用多孔性的固体物质使废水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。
工业上常用的吸附剂有活性炭等,对去除水中溶解性有机物非常有效,但不能去除水中的胶体疏水性染料。
混凝沉淀法可降低印染废水的色度,去除呈胶体状态的染料。
常用的混凝剂分无机盐类(如硫酸铝、明矾、三氯化铁等)和高分子混凝剂(如碱式氯化铝、聚丙烯酸鞍PAM)两种;
气浮法针对印染废水中含有机的胶体颗粒、呈乳浊状的各种油脂类杂质、细小纤维和疏水性合成纤维的纤毛等,预先使用混凝剂进行混凝,则分离效果更佳;
电解法以往多用于处理含氰、含铬电镀废水,近年来开始用于处理印染废水,该法的脱色效果显著,产泥量少,处理时间短,但电耗和电极材料消耗较大,宜用于小水量废水处理;
氧化脱色法可用于经生物法、混凝法处理后仍有较深颜色的出水的进一步脱色处理,主要有氯氧化法、臭氧化法和光氧化法。
3.1.2生化工艺
生化处理技术主要分为厌氧和好氧。
厌氧包括:
水解酸化、UASB等;
好氧主要包括:
生物膜法、活性污泥法等。
1、厌氧:
厌氧生物处理是指在没有游离氧的情况下,以厌氧微生物为主对有机物进行降解的一种处理方法。
无氧的条件下,由兼性菌及专性厌氧菌降解有机污染物,最终产物是二氧化碳和甲烷。
厌氧生物反应通常被划分成两个阶段过程:
第一阶段是水解酸化阶段,第二阶段是甲烷发酵阶段。
在印染废水处理中常将厌氧控制在水解酸化阶段,来降解废水中部分污染物,同时提高废水的可生化性。
即印染废水中常用的水解酸化工艺,一般CODcr去除率为20~40%,色度去除率可达40~70%。
2、好氧:
好氧生物处理是一种在有氧条件下,以好氧微生物为助,使有机物降解的处理方法。
废水中存在的各种有机吾,主要以胶体状、溶解态的有机物为主,作为微生物的营养源。
这些有机物质经过一系列的生化反应,逐级释放能量,最终以无机物质稳定下来,达到无害化。
在印染废水中常用的主要有:
活性污泥法、接触氧化法,一般CODcr去除率为55~88%。
生物处理法中,厌氧法的优点是应用范围广,能耗低,剩余污泥少,耐冲击负荷能力强,缺点是设备的启动时间长,出水水质无法达标,需进一步处理。
活性污泥法是好氧生物处理的一种主要方法,利用好活性污泥的吸附和氧化作用,去除废水中的有机污染物质。
生物膜法是与活性污泥法并列的另一种好氧生物处理法,该法通过生长在填料,如滤料、盘面等表面的生物膜来处理废水,主要有生物接触氧化法、生物转盘和生物炭法等。
3.2废水处理工艺的选用
3.2.1工艺的确定
随着人们对环境质量要求不断提高和改善,废水排放标准要求也越来越高。
对于高、中难度处理印染废水,单独的生化或物化处理都难以达到排放要求根据国家印染行业废水污染防治技术政策,印染废水治理宜采用生物处理技术和物理化学处理技术相结合的综合治理路线,不宜采用单一的物理化学处理单元作为稳定达标排放治理流程。
因此采用物化预处理为辅,水解-好氧生物为主的处理技术,这应该是该类废水目前最成熟,最稳定、最经济的工艺。
其既保留了生物处理方法可去除较大量有机污染物和一定颜色的能力、且基本稳定的特点,又发挥了物理化学法去除颜色和难降解有机物能力的特点,且运行成本较低。
特别适合大中型的印染产品废水的治理。
这也是《印染行业废水污染防治技术政策》提倡的治理路线。
根据确定的物化+生化的处理工艺,而工艺路线可分为“物化→生化”和“生化→物化”两种。
这两种工艺路线都符合《印染废水污染防治技术指南》,并且仅从技术角度来说也都是可行的。
本方案中采用“物化→生化”处理工艺路线。
3.2.2工艺流程图
具体流程见下图:
(见下页)
污泥回流
曝气
混凝剂
车间废水
配药罐存药室
鼓风机
上清液
滤液
格栅
调节池
混凝反应池
沉淀池
水解酸化池
接触氧化池
二沉池
清水池
达标排放
污泥浓缩池
干泥外运
带式压滤机
栅渣外运
图3.1工艺流程图
3.2.3工艺流程说明
1、预处理:
(1)车间废水先经过格栅拦截较大杂物后进入调节池。
栅渣定时外运。
(2)废水在调节池中进行水质水量调节。
废水具有水量、水质变化大的特点,且该废水pH值略呈碱性,根据水质情况在调节池加酸中和水质,使PH值控制在6.5~8.5以内,并进行水量的调节和水质的均合,以保证废水后续处理的正常进行。
在调节池中装有曝气管,可定期进行曝气搅拌,防止池内积渣,也可有利于水质的混合,当水温较高时也可用作散热。
(3)用泵将废水提升至混凝反应池,在池中加药搅拌、混合,利用其水解、电中和、凝聚架桥作用,而去除废水中的污染物,在此,主要除去绝大部分的CODcr、SS等难降解有机物和色度。
混合池和反应池均采用机械搅拌形式。
(4)反应后的废水在竖流式沉淀池进行污水分离,上清液进入后续生化处理,污泥排至污泥浓缩池。
2、生化处理:
(1)废水在水解酸化池中进行厌氧分解(水解酸化阶段),不产沼气。
充分利用水解产酸菌世代周期短、可迅速降解有机物的特性,在水解细菌作用下,将不溶性有机物水解为溶解性物质,在产酸菌协同作用下,将大分子物质、难以降解的物质转化为易于生物降解的小分子物质,提高了废水的可生化,使废水在后续的好氧池以较小的能耗和较短的停留时间得到处理,从而提高了废水的处理效率,并减少了污泥生成量。
水解酸化池模仿UASB/AF工艺,池中安装弹性立体填料,防止污泥流失。
并辅以机械搅拌,使布水均匀,增加冲击力,有利于提高水解酸化池的效率。
废水自流进入接触氧化池。
(2)废水进入生物接触氧化池,运行中微生物附着在填料上,废水中的有机物被吸附在填料表面,被生物氧化分解,并部分生成新的生物体,使废水得以净化。
采用组合填料鼓风曝气式接触氧化池。
3、后处理:
(1)生化处理后的废水直流进二沉池,二沉池采用竖流式沉淀池,对悬浮混合液进行泥水分离,上清液流入清水池,污泥排至污泥浓缩池。
(2)清水池中水质各指标已完全达标,清水可回用。
如果不回用,则可排放。
4、污泥处理:
物化污泥和生化污泥经污泥浓缩池后,进入带式压滤机进行污泥脱水处理。
3.2.4工艺预期治理效果
各段的污染物预期去除率如下:
表3.1各段污染物预期去除率
污染物
构筑物
(mg/L)
(倍)
进水水质
900
350
300
800
出水水质
700
280
60
120
6.5~8.5
去除率
22%
20%
80%
85%
/
399
196
150
43%
30%
0%
-25%
107.7
19.6
78
73%
90%
-30%
60%
86.2
18.6
19.4
33
5%
75%
45%
排放水质
总去除率
90.4%
94.7%
93.5%
95.9%
4主要构筑物设计
4.1格栅
4.1.1设计说明
格栅设在废水处理工艺的前端,用于阻截来自废水中的较大杂物,去除废水中的漂浮物,从而保证后续处理设施的正常运行。
图4.1格栅示意图
4.1.2设计计算
设计参数:
选用圆钢细格栅,栅条宽度s=10.0mm,栅条间隙e=10.0mm,过栅流速v=0.6m/s,安装倾角α=60°
,栅前水深h=0.4m,总变化系数取Kz=1.5,设计流量Qd=3000m3/d=125m3/h=0.0347m3/s,最大流量Qmax=Kz×
Qd=1.5×
3000m3/d=4500m3/d=0.0521m3/s
1、栅条间隙数(n):
,取n=21条
2、栅槽的有效宽度(B):
3、进水渠道渐宽部分长度(L1):
设进水渠道宽B1=0.2m,渐宽部分展开角度α1=20o
,取L1=0.3m
4、出水渠道渐窄部分长度(L2):
5、通过格栅的水头损失(h2):
,其中
因栅条为矩形截面,取k=3,,代入数值计算
,取h2=0.1m
6、栅后槽总高(H):
格栅前渠道超高取h1=0.3m
7、栅前槽高(H1):
8、格栅总建筑长度(L):
9、每日栅渣量(W):
在格栅间隙为e=10mm的情况下,设栅渣量为W1=0.07(m3/103·
m3污水),有
W=0.21m3/d,可采用人工清渣。
4.2调节池
4.2.1设计说明
废水在调节池中进行水质水量调节。
由于废水具有水量、水质变化大的特点,且该废水pH值略呈碱性,这种变化对排水设施及废水处理设备,特别是生物处理设备正常发挥其净化功能是不利的,甚至还可能造成破坏。
在这种情况下,经常采用的措施是在废水处理系统之前设调节池,可根据水质情况在调节中和池加酸中和水质,使PH值控制在6.5~8.5以内,并进行水量的调节和水质的均合,以保证废水后续处理的正常进行。
图4.2矩形隔板水质调节池
4.2.2设计计算
设计流量Q=3000m3/d=125m3/h,停留时间T=8h
1、有效容积(V):
2、调节池尺寸:
调节池平面形状为矩形,取有效水深h2=4m,取池宽B=8m,
则池长,取保护高h1=0.5m,
则调节池尺寸为
4.3混凝反应池
4.3.1设计说明
混凝法处理工业废水一般流程如下:
污泥
澄清水
助凝剂
反应
沉降
废水
混合
急速搅拌
缓速搅拌
混合与反应是混凝过程的两个阶段,就无机盐混合剂而言,此两个阶段在水利条件上的密切配合非常重要。
混合的目的是使药剂迅速均匀扩散于水中,以创造良好的水解条件,使混凝剂单体离解并与胶粒完成电中和作用,消除其所带电位,完成胶体脱稳。
反应的目的是借助颗粒布朗运动和紊动水流的作用进行凝聚,使凝集的微粒通过絮凝作用形成粗大絮凝体。
混合要求剧烈而快速,完成时间一般为10~30s,最多不超过2min。
反应则要求随絮凝体的成长、搅拌强度或水流速度逐渐降低,但是应有一定的反应时间。
对于高分子混凝剂,起作用原理主要是絮凝,所以混合的目的是使药剂在水中均匀分散,不要求剧烈快速搅拌。
4.3.2设计计算
1、混合池计算
1-进水管;
2-齿轮;
3-减速器;
4-电机;
5-直轴;
6-浆板;
7-轴承套;
8-出水管
图4.3机械混合搅拌池
设计流量Q=3000m3/d=125m3/h,混合池数目n=1,停留时间T=1min
(1)有效容积(V):
(2)混合池平面尺寸:
1.1m×
1.1m
(3)混合池平均水深(h1):
(4)混合池总高(H):
取超高h2=0.3m
2、反应池计算
1-浆板;
2-叶轮;
3-转轴;
4-隔层
图4.4垂直轴式机械反应池示意图
设计流量Q=3000m3/d=125m3/h,反应池数目n=3,停留时间T=20min
(2)反应池平面尺寸:
反应池分3格,每格尺寸为1.8m×
1.8m
(3)反应池平均水深(h1):
(4)反应池总高(H):
取超高h2=0.3m,则
4.3.3混凝剂的选择
在混凝过程中,混凝剂在水中首先发生水解、聚合等反应。
生成的水解、聚合产物再与水中的胶体颗粒发生双电层压缩、吸附中和、吸附架桥、絮体网捕等作用生成较大絮体再经沉淀除去。
混凝过程控制即通过对混凝剂的选择、混凝反直条件的确定,达到使用最小投药量获得最佳去除效率的目的。
印染废水处理中有两类常用的混凝剂:
有无机盐类混凝和高分子混凝剂。
下表是常用混凝剂的一般特性:
表4.1常用混凝剂的一般特性
混凝剂名称
一般特性
精制硫酸铝
水解作用缓慢;
含无水硫酸铝50%~52%,含不溶性杂志约0.05%~0.30%;
适用水温为40℃;
当PH值为4.5~5时,主要去除废水中有机物和色度;
当PH值为6.5~7.5时,主要去除废水中悬浮物。
粗制硫酸铝
制造工艺较简单,比精品便宜20%左右;
含无水硫酸铝20%~25%,含不溶性杂质20%~30%;
其他同精制硫酸铝。
硫酸亚铁
PH<8.5时,混凝效果较差;
腐蚀性较高;
絮凝体形成快,较稳定,沉淀时间短,适用温度范围较广。
三氯化铁
最优PH值在6.0~8.4之间;
不受温度影响,絮凝体生成快,颗粒大,沉淀速度快,效果好,脱色效果好;
易溶解,易混合;
沉渣多,腐蚀大。
聚合氯化铝
(PAC)
混凝能力强,效率高,耗药量少;
絮凝体生成快,颗粒大,沉淀快;
适应PH值与温度范围广;
操作方便,腐蚀性小;
价格较贵,污泥脱水较困难。
聚丙烯酰胺
(
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