上海新风色织厂污水处理工程的设计

作者：张伯仑    文章来源：不详    点击数：    更新时间：2006-11-12
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    Industrial Wastewater Treatment Design of Xinfeng Dyed Fabric Mill in Shanghai

    Zhang Bolun

    　　Abstract: Due to the high level dyestuff content the wastewater discharged from the Xinfeng Dyed Fabric Mill in Shanghai with flowrate of 500 m3/d is not easy to be treated. In the design stage a great deal of measures including the split-flow to separate the concentrated and diluted liquids, aerobic blasting, air flotation and ultra-filtration etc were taken into consideration to recovery and reuse parts of the lost dyestuff. Therefore, the quality of the effluent of the wastewater treatment is much better than the requirement of the national wastewater discharge standard. Best social and economical benefits have been obtained.

    1　工程背景

    　　上海新风色织厂主要生产靛蓝纯棉防缩强固呢(俗称“牛仔布”)，产品全部外销。为扩大出口创汇，利用外贷资金引进新型剑杆织机和浆染联合机，进行技术改造，形成年产804.69万m牛仔布的新企业，同时建造日处理废水500m3的污水处理设施。于1991年9月起进行培菌和试运转。1992年10月经上海市环境监测中心监测，所有样品100%全部达到或优于上海市工业“废水”排放标准，验收合格投入正常使用。
    1.1　生产工艺
    　　(1)全厂生产工艺：白纱→整经→浆染→织造→烧毛预缩→检验打包出厂
    　　(2)染色车间生产工艺：白纱盘头→煮炼→染色→水洗→烘干→上浆→烘干→卷绕→送织造车间
    1.2　染色过程中主要使用的染料及助剂
    　　染料：还原性靛蓝染料
    　　助剂：烧碱、保险粉、渗透剂等
    1.3　污废水来源及特点
    1.3.1　生产废水
    　　主要来源于染色车间中浆染机的煮炼和水洗工段，其中染缸下脚以及第一道水洗槽排水浓度较大，含有较多的染料，应浓淡废水分别处理。既利于回收染料，降低生产成本，又便于提高废水处理的质量，减少处理费用。
    1.3.2　生活污废水
    　　主要来源于厕所、食堂、浴室等，性质同普通生活污水。
    1.4　总处理水量
    　　按500m3/d设计，其中生产废水450m3/d，生活污废水50m3/d。
    1.5　处理前水质指标及分析
    　　根据市纺织局化纤公司环境监测站和上海纺织工业环保监测中心室1988年1月25日～31日连续一周同时对该厂进行的水质测定，两单位所得数据还是比较接近的。因此以两单位所测数据的平均值作为处理前的水质指标(见表1)，并以此进行工艺设计。

    表1　原水水质

    样品 CODCr
    /mg/L    		 BOD5
    /mg/L    		 SS
    /mg/L    		 NH3—N
    /mg/L    		 pH BOD5
    /CODCr
    1# 2 284.67 1 035 721.5 2.195 10.04 0.453
    2# 1 046.33 194.25 95.0 1.375 9.76 0.188
    3# 903.4 204.8 116.0 1.155 9.47 0.227
    4# 1 350.91 466.83 224.5 1.485 9.77 0.346
    5# 690.35 237.13 52.5 1.24 8.92 0.402
    6# 1 055.80 458.63 114.0 1.72 9.50 0.434
    7# 1 243.70 498.38 123.5 1.64 9.58 0.401

    　　其中1#水样是大扫除时所取水样，浓度偏高。因本工程拟采用染料回收装置，经回收后废水浓度会有较大改善，所以1#水样的水质不予考虑。
    　　从2#～7#水样分析资料来看：
    　　(1)多数水样BOD5/CODCr比值为0.35～0.43之间，最不利值为0.188(2#水样)。因此一般来说该废水可生化性还是比较好的，采用以生化为主，辅以气浮的工艺流程是可行的。
    　　(2)2#～7#水样BOD5值均＜500mg/L，因此采用好氧工艺是较合理的。
    　　(3)若使出水BOD5≤30mg/L,BOD5去除率需达到93.2%，因此采用延时曝气生化法较合适。
    　　(4)只有当CODCr去除率高达92%时，出水CODCr才能达到上海市的排放标准CODCr≤100mg/L。在整个印染行业这是有一定难度的。
    1.6 处理后水质指标及分析
    　　根据市环境监测中心1992年10月15日10∶00至10月16日10∶00一昼夜的监测采样，各生产工段设备均处于正常运行状态，生产负荷达到规定要求，以此作为污水处理后的水质指标(见表2)。

    表2　处理后水质

    排放口 pH CODCr
    /mg/L    		 BOD5
    /mg/L    		 SS
    /mg/L    		 色度
    /倍    		 S2-
    /mg/L    		 油
    /mg/L    		 NH3—N
    /mg/L
    治理设施
    进口    		 最大值
    最小值
    平均值    		 8.70
    7.38
    　    		 1 562
    465
    1 112    		 333
    153
    273    		 1 704
    1 210
    1 474    		 200
    50
    67    		 0.426
    0.174
    0.303
    治理设施
    出口    		 最大值
    最小值
    平均值    		 7.92
    7.65
    　    		 111
    81.7
    92.1    		 9.35
    1.52
    2.99    		 53
    37
    45    		 5
    5
    5    		 0.010
    0.005
    0.006    		 10.6
    7.91
    9.04    		 1.91
    0.85
    1.48
    治理效率
    /%    		 　 　 91.7 98.9 96.9 92.5 98.0
    出口达标
    率/%    		 100 75 100 100 100 100

    　　从数据结果看，各项指标均达到或优于上海市排放标准(见表3)，特别是CODCr平均值<100mg/L，证明这套污水处理设施大体上适合该厂的污水治理，一般运行效果较好。

    表3　上海市工业“废水”最高容许排放浓度值

    序号 有害物质或项目名称及单位 最高容许排放浓度值
    1 pH 6～9
    2 CODCr/mg/L 100
    3 BOD5/mg/L 30
    4 SS/mg/L 200
    5 色度/倍 100
    6 S2-/mg/L 1
    7 NH3—N/mg/L 15
    8 油/mg/L 10

    2　工艺流程

    　　浓淡废水分别处理，浓废水经超滤回收靛蓝染料后，有机物浓度降低，减轻后续处理构筑物负荷，提高出水水质。

    37.1.gif

    　　其中浓废水经超滤后的滤后水排入淡废水调节池；竖流式沉淀池中的泥用泵提升至真空过滤机，注入混凝剂，泥水分离，分离后的泥用车送往厂区煤渣堆场，分离出来的水流回淡废水调节池；竖流式沉淀池中的剩余污泥用泵提升，回流至延时曝气池；气浮池和消毒池分别注入混凝剂与消毒剂。

    3　主要设备选择和构筑物设计

    3.1　设计参数
    3.1.1　设计水量
    　　按厂方提供资料为500m3/d，其中生产废水450m3/d，生活污水50m3/d。
    3.1.2　设计水质
    　　生产废水：BOD5466.83mg/L，CODCr1 350.91mg/L
    　　生活污水：BOD5200mg/L，CODCr400mg/L
    　　混合废水水质：BOD5＝(466.83×450＋200×50）/500＝440.15mg/L
    　　CODCr＝(1 350.91×450＋400×50）／500
    　　　　　＝1255.82mg/L
    　　g37.1.gif
    　　g37.2.gif
    3.2　调节池
    　　调节池容量按6h平均时废水量计。
    　　长×宽×高＝8.2×4.35×3.5≈125m3。
    　　停留时间＝125m3／（500m3／d/24h/d)＝6h。
    　　为提高污水处理效果，防止大颗粒在池内沉淀，在池底设穿孔布气管，采用24h连续曝气。
    3.3　延时曝气池
    　　(1)每日去除BOD5量：(440.15mg/L-30mg/L)×500m3/d＝205.1kg/d
    　　(2)取污泥负荷NS＝0.15kgBOD5/(kgMLVSS.d)
    　　混合液污泥浓度MLSS＝4g/L
    　　混合液挥发性污泥浓度MLVSS与混合液污泥浓度MLSS的比值为0.7，则混合液挥发性污泥浓度MLVSS＝4×0.7＝2.8g/L。
    　　容积负荷率NV＝0.15×2.8＝0.42kgBOD5／（m3.d)
    　　曝气区容积＝205.1／0.42≈488.33m3
    　　取曝气池长39.35m，宽3.1m,深4m
    　　则水力停留时间＝(39.35m×3.1m×4m）／（500m3／d／24h／d）≈23.42h
    　　(3)按每去除1kgBOD5耗氧1.8kg计算
    　　则耗氧量＝205.1×1.8＝369.18kgO2/d
    　　按氧利用率5%，污水清水氧传递速率比值0.7，空气含O2量21%计算
    　　则供气量＝369.18/(5%×0.7×21%×24×60)≈34.88m3/min
    　　选用4台10m3/min罗茨风机，最大负荷时全部工作。采用穿孔管鼓风曝气。
    3.4　沉淀池
    　　采用竖流式沉淀池保证曝气池活性污泥回流的需要。
    　　取沉淀时间1h，沉淀池表面负荷3m3/(m2.d)，污水在沉淀区的上升流速0.000 83m/s，中心管流速0.3m/s。
    3.5　气浮池
    　　反应时间10min，泥水分离时间1h，溶气水量10.4m3/h(50%回流)。用水力喷射器吸气以减小噪声。水在溶气罐中停留3min。
    3.6　污泥脱水
    　　按0.3kg干泥/去除1kg BOD5计算：
    　　205.1×0.3＝61.53kg干污泥
    　　折合成含水98%的污泥量：
    　　61.53/0.02≈3 076.5L/d
    　　选用绕带式转鼓真空过滤机2台。
    3.7　超滤
    　　由中国纺织大学纺化系膜分离科研组对废水进行膜分离可行性试验，并选定膜的种类。采用丙烯腈-聚氯乙烯(PAN-PVC)膜。超滤器为外压膜管式。
    　　从图1可以看出，随着时间的延长，废水通量的下降速度较平缓，平均通量为60L/(m2.h)，选用该膜是较好的。

    38.1.gif

    图1

    　　从图2可以看出，对染料的截留率达99%～100%，选用该膜是合适的。

    38.2.gif

    图2

    　　由图3可知，废水的平均通量随压力的增加而加大，另外，经试验得知操作压力对截留率几乎没有影响，即R＝99%～100%。实际操作压力可根据需要，在0.2～0.4MPa范围内选择。

    38.3.gif

    图3

    　　由图4可知，在相同的操作压力下，废水的平均通量随着温度的增加而增加。因PAN-PVC膜可耐温60～80℃，所以实际使用温度可自行选择。同样，经试验得知，操作温度对截留率几乎没有影响，即R＝99%～100%。

    39.1.gif

    图4

    4　处理成本与厂改造前后污水处理水质对比

    4.1　处理成本

    　　取1992年7～9月的数据(见表4)。

    表4　1992年7～9月处理成本

    月份 7 8 9
    处理水量/m3 13426 16815 11190.6
    能
    源
    消
    耗    		 用水量/m3 770 900 900
    费用/元 277.2 360 360
    用电量/(kW.h) 22980 18580 20300
    费用/元 6894 7432 8120
    混凝剂 费用/元 2000 2000 2000
    试剂 费用/元 300 1871.98 2990
    设备折旧/元 3700 3700 3700
    人员工资/元 1450 1450 1450
    处理费用/元/m3 1.08 0.99 1.66

    　　由于原材料涨价及一些小整改较多，使得处理成本上升，待稳定后会降低一些。同时染料回收工作还未开展，其效益没能体现。若将染料回收后用于生产，污水处理费用将大幅度下降，甚至转为赢利。
    4.2　厂改造前后污水处理水质对比(见表5)
    　　从表5的数据可以看出，改造后的污水处理水质明显优于改造前，达到甚至超过预期的设计效果。

    表5　改造前后污水处理水质对比

    项目 改造前 改造后 标准
    CODCr 进水/mg/L
    出水/mg/L
    达标/%    		 1 361
    155
    88.6    		 1 112
    92.1
    91.7    		 <100mg/L
    BOD5 进水/mg/L
    出水/mg/L
    达标/%    		 243
    14.5
    94    		 273
    2.99
    98.9    		 <30mg/L
    色度 进水/mg/L
    出水/mg/L
    达标/%    		 331
    91.25
    72    		 200
    5
    93.5    		 <100倍
    采用工艺 生物接触
    氧化法    		 延时曝气法
    设计水量/m3/d 150 500
    　

    5　调试、运行中发现的问题

    　　(1)该工程于1991年8月竣工，9月中旬正式投入试车运行。采用生产废水直接培菌。由于曝气池上清液不能排入下水道，只能进入调节池，在较长时间内污泥体积提不高，延长培菌周期。
    　　(2)1991年12月厂方根据客户要求加工一批黑色牛仔布，由于技术部门未将改变染色品种这一信息及时反馈给环保部门，没能事先采取预防手段，致使大量硫化黑生产污水涌入，破坏原
    污水菌相，使污水处理工作示能正常进行，造成第二次培菌。
    　　(3)染料回收由于原设计水泵流量、扬程与实际安装的超滤器不匹配，使超滤设施无法正常启动。再加上回收下来染料的生产可用性试验还未完成，还没找出最佳浓度值，因此一方面未能将染料回收，降低成本；另一方面又增加了设施的运转负荷，增加了治理难度，不利于生产的进一步发展。
    　　(4)立式泥浆泵腐蚀严重，给检修带来很大麻烦。拟将调节池、沉淀池的立式泥浆泵改成移动泵或不锈钢泵。
    　　(5)由于污水的腐蚀性，自动液位控泵装置大多损坏，应采取其它措施加以更换。

    作者单位：上海汉口路151号　200002　华东建筑设计研究院

    电话：(021)63217420-2521


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