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。
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
 |
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。
 |
 |
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。
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。
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%。
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。
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