活性污泥-浸没式超滤-反渗透在印染废水回用中的应用

　　印染行业被认为是环境中主要污染源之一。随着国家对节能减排的重视和排放标准的提高，印染企业对清洁生产和环境保护越发重视，印染废水的处理和回用对减少污染物排放、改善水环境质量意义重大。印染废水具有水质复杂、污染物浓度高等特点，一般采用“生化+物化”的综合治理技术路线。从长远发展来看，废水回收技术可提高企业核心竞争力，也是以后发展趋势。

　　一、工程概况

　　常州某针织印染企业主要生产高档针织面料，原有一套(一期)处理能力为4000m3/d的废水处理工艺，其中回用系统处理能力为1100m3/d。为响应政府号召，减少污染物排放，根据企业发展需要，新增一套(二期)印染废水处理系统，废水处理能力为2000m3/d，其中回用系统处理能力为1100m3/d。二期完工后，总废水处理能力达到6000m3/d，其中2200m3/d达到车间生产回用水标准。企业目前实际废水量约5500m3/d，车间出水水质见表1，外排接管指标CODCr≤500mg/L。

　　深度处理进水水质要求为pH值为6~10，色度为80倍，CODCr为100mg/L，设计回用水水质指标参考《纺织染整工业废水治理工程技术规范(HJ471―2009)》染色回用水质标准，见表2。

　　二、工艺流程及主要构筑物

　　2.1 一期工艺流程运行情况分析

　　2.1.1 一期工艺二级处理流程运行情况

　　一般认为，BOD5/CODCr值小于0.3的废水为难生物降解废水，大于0.3的废水为可生物降解废水，比值越大，废水可生化性越好。该企业废水的BOD5/CODCr值为0.3，介于分界点，可生化性不高。原有一期工程中，二级处理工艺流程为“调节池+初沉池+水解酸化池+生物接触氧化池+二沉池”，二沉池出水至回用处理工艺。对于“水解酸化池+生物接触氧化池”组合，水解酸化提高了印染废水可生化性，生物接触氧化法兼有活性污泥法与生物膜法的优点。

　　一期工艺自2013年建成后，运行良好，但也出现其他研究者运行该工艺时发现的一些共性问题。如李金梅发现，生物接触氧化法在处理不当时会产生污泥膨胀现象;程可红等发现反应器内溶解氧质量浓度至1.0~1.5mg/L时，会出现丝状菌膨胀。该企业废水工艺运行时发现，随着有机负荷的升高，针状填料上生物膜增厚，氧传递效率下降，影响出水水质，并发现了丝状菌膨胀问题。

　　2.1.2 一期工艺回用处理流程运行情况

　　一期工程中，回用处理工艺流程为“气浮池+气浮出水池+砂滤、炭滤、精滤+管式超滤+超滤出水池+反渗透装置+回用水池”，对于“砂滤、炭滤、精滤+管式超滤”组合，砂滤常用于二级处理后的深度处理，截留水中大分子固体颗粒和胶体;炭滤用于除臭、脱色、脱氯，进一步去除有机物等，提高超滤进水水质;超滤膜利用压力去除水中大分子物质。

　　回用处理工艺在运行时发现，砂滤、炭滤出水进入管式超滤后，超滤系统在经过反复自动清洗时会发现，水中微小悬浮物易造成超滤堵塞难以清除，使出水率变低，水损耗增大。

　　2.2 二期工艺流程

　　针对一期工程运行时发现的问题，二期工程对工艺作了针对性调整，把“水解酸化池+生物接触氧化池”组合调整为“完全混合式活性污泥池”，“砂滤、炭滤、精滤+管式超滤”组合调整为“浸没式超滤装置”，二级处理与回用处理工艺见图1，圆圈部分为与一期工程不同之处。原一期工艺见论文《纺织印染废水处理中的异味气体控制工程实例》。

　　2.3 二期工艺构筑物(变动部分)

　　2.3.1 活性污泥池

　　一期工程采用“水解酸化池+生物接触氧化池”组合去除有机物，二期工程改为活性污泥池，利用大量能适应较高浓度污染物的微生物种群，在好氧条件下分解水中的有机物，微生物利用有机物完成自身生长的同时，去除部分磷和氮。考虑到企业废水BOD5/CODCr值为0.3，可生化性不高，采取延时曝气活性污泥法，曝气时间为24h，废水混合过程为完全混合式，负荷率常小于0.1kgBOD/(kg污泥•d)。池中大量混合污泥能快速吸附废水中有机物，延时方式使污泥中微生物有足够时间逐步分解被吸附的有机物。该方法代谢时间更长，产生的剩余污泥量更少，减少频繁的排泥操作，运行、管理更简便。

　　活性污泥池采用钢砼结构，单个池子尺寸过大会增加池壁压力，考虑到安全性和空间安排等因素，池子分设2座，单座池子外形尺寸为φ13.5m×7.5m，总有效容积为2000m3，总停留时间设计为24h。

　　2.3.2浸没式超滤装置

　　二期超滤由原先的管式超滤改为浸没式超滤，浸没式超滤系统的能耗低于其他超滤系统，更易与传统工艺相结合。浸没式超滤系统的超滤膜可浸入所需处理水中，占地面积省，是膜法水处理的热点。二期超滤采用厢式自清洗超滤装置形式，所用超滤膜为增强型偏氟乙烯(PVDF)中空纤维，系统通过抽吸泵(产水泵)在中空纤维膜内形成负压，待处理水因负压形成动力，净水通过超滤膜微孔进入中空纤维内部通道，汇集至产水管，通过抽吸泵进入出水池，超滤产生的外排水回至调节池。超滤系统流程见图2。

　　该套膜系统有5个箱体(4用1备)，浸没式PVDF中空纤维超滤膜的帘式膜组件垂直装于膜池内，膜元件型号为SSF-30A，每个膜元件尺寸为824mm×46mm×2200mm，膜平均孔径为0.04μm，膜丝内/外径为0.9mm/2.1mm，膜元件总数量为220帘，设计膜总面积/有效总面积为6600m2/5280m2。集水管材质为ABS，采取负压抽吸式运行，设计产水运行通量和平均运行通量分别为19.72L/(m2•h)和15.78L(/m2•h)，反洗水量92.4m3/h，工作温度为20℃。

　　三、一期、二期工艺运行效果比对

　　二期工艺调试后，实际运行情况良好。车间废水排放后，流入调节池，通过提升泵将废水分别提升至一期和二期处理工艺。因此，运行效果具有一定可比性。在同水质情况下，对一期、二期工艺运行情况进行比对，以此判断二期工艺的运行效果。比对对象为两期二级处理进出水(同时比对生化池进出水)和浸没式超滤-反渗透装置进出水。

　　3.1 二级处理工艺对废水色度的去除效果

　　印染过程所用染料和助剂不同，前处理和染色工艺不同，都会影响废水中污染物种类和浓度。印染废水所含的染料、助剂会提高废水色度和有机物浓度。根据回用水水质指标可知，印染用水对回用水水质要求较高[16]，深度处理关键点为降低出水中有机物浓度和色度。

　　在运行检测阶段，废水颜色以棕色、灰色、黄色、蓝色、黑色为主，采用稀释倍数法测定废水色度，色度值介于160~1280倍，平均值为433倍，颜色种类多、波动大、颜色深。一、二期工艺在各自初沉池出水后色度去除率分别为55%和60%，颜色深浅接近；经过各自生化处理后，二沉池出水色度去除率分别为82%和91.5%，废水颜色深度差距增加，说明二期工艺在实际运行过程中，色度去除率更高。每组数据测定时，均由同一人测定，以减少检测人员之间的差异造成的颜色判定误差。

　　3.2 二级处理工艺对废水CODCr去除效果

　　在印染废水回用工程中，二级处理出水质量的提高，可有效降低后续深度处理设备负荷，延长回用设备寿命，降低回用水处理过程成本。两期二级处理工艺(含生化段)对废水中CODCr去除效果见图3。

　　处理工艺废水来源于调节池，废水CODCr介于550~1200mg/L，平均值为797mg/L。由图3(a)可知，一、二期二级处理工艺CODCr平均去除率分别为83%和90%，标准偏差σ分别为6.5和2；由图3(b)可知，一、二期生化池对废水CODCr平均去除率分别为79%和83%，标准偏差σ分别为6.74和3.65。因此，二期二级处理工艺运行更稳定，CODCr平均去除率更高，稳定性更好。

　　从实际运行效果看，“完全混合式活性污泥法”优于“水解酸化+接触氧化法”。一般认为，对于印染行业等产生的生化性差的废水，厌氧-好氧工艺比单纯好氧方法更适合。王昂做过生化性差废水处理的对比试验，发现出现此类研究结果相反的原因主要是，废水中纤维、杂质等随废水进入接触氧化系统后，易附着于填料上，挤压微生物生长空间，使系统处理效果达不到设计值。

　　3.3 二级处理工艺对废水中氨氮的去除效果

　　微生物在代谢有机物时，除需要碳源外(以BOD5计)，还需要氮源、磷源，BOD5∶N∶P比值为100∶5∶1，以满足微生物所需营养比例要求。本研究采用CODCr反映碳源(见图3)，采用氨氮反映氮源(见图4)，采用总磷反映磷源(见图5)。

　　调节池废水氨氮质量浓度介于8~9.5mg/L，平均值为8.7mg/L。由图4(a)可知，一、二期二级处理工艺氨氮平均去除率分别为72%和77%，标准偏差σ分别为4.27和4.82;由图4(b)可知，一、二期生化池对废水氨氮平均去除率分别为69%和73%，标准偏差σ分别为5.22和5.99。因此，二期二级处理工艺氨氮平均去除率略高，但运行稳定性较一期略低。

　　3.4 二级处理工艺对废水总磷的去除效果

　　调节池废水总磷质量浓度介于1.5~4.0mg/L，平均值为2.17mg/L。由图4(a)可知，一、二期二级处理工艺总磷平均去除率分别为64%和64%，标准偏差σ分别为22.99和18.96;由图4(b)可知，一、二期生化池对废水总磷平均去除率分别为61%和46%，标准偏差σ分别为20.31和18.81。因此，一、二期二级处理工艺总磷去除率均不高，活性污泥法总磷去除率较低，运行稳定性均较差。主要原因为水解酸化段氧浓度较低，有利于聚磷菌对磷的释放，接触氧化段氧浓度较高，有利于聚磷菌对磷的过量吸收。

　　3.5 超滤-反渗透装置污染物去除效果

　　回用处理系统根据企业生产需要和二级处理出水水质情况来确定是否运行，最后回用水都进入回用产水池备用，为确定两期超滤装置运行状况，有针对性的对一期超滤组合和二期浸没式超滤出水进行测定，测定结果见图6。

　　从出水CODCr、氨氮、总磷测量值看，出水相对稳定，进入超滤产水池的出水可以满足一般回用水要求。若回用于对水质要求较高的生产，需要进一步通过反渗透装置处理。

　　在二期工程运行后，两期的回用出水都能达到回用水要求，因此，两期深度处理出水混合进入回用产水池。作为对水质要求较高的生产用水，产水池水质检测数据为：pH值6.4~7.5，色度为0，ρ(CODCr)为4.3mg/L，ρ(氨氮)为0.08mg/L，ρ(总磷)为0.03mg/L，ρ(余氯)为0.03mg/L，电导率为17.2μS/cm。

　　四、经济效益

　　在二期工艺运行后，实际运行管理人员未增加，由现有操作人员兼任，因此，成本分析主要包括电费和药剂费用。因二期设备为新设备，需用大量药剂进行清洗，因此，初期成本核算时，二期成本较高，若仅考虑正常运行所含电费和药剂费，一、二期成本接近。二期每吨水所用药剂费用见表3。

　　根据一期、二期所产中水分开核算后，工业用电电费按0.7元(/kW•h)计，一期处理成本为(含药剂费和电费)2.18元/t水，二期处理成本为4.14元/t水[含药剂费(表3)、电费、新设备清洗药剂费用]，按总产水量核算，平均为2.85元/t水。企业新鲜用水费用为1.8元/t，预处理费0.5元/t，污水接园区污水处理厂费用为4.6元/t，总用水成本为6.9元/t，中水回用可节省生产运行成本。

　　五、结语

　　工程实践表明，该企业二期工程用“完全混合式活性污泥池”代替“水解酸化池+接触氧化池”，二级处理出水CODCr、氨氮、总磷等指标达到一期出水水平；用“浸没式超滤装置”代替“砂滤、炭滤、精滤+管式超滤”，中水处理工艺也达到中水回用标准。回用水处理成本与新鲜用水总成本相比，中水回用有利于企业生产运行成本的降低，节省水资源和提高水重复利用率。(来源：常州纺织服装职业技术学院：常州市生态纺织技术重点实验室：常州旭荣针织印染有限公司)