印染污水三級生化處理及中水回用技術

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。主要歸納總結了物化法、化學法、生物法的組合工藝及現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狀

我國是一個干旱缺水嚴重的國家。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，到2025年世界缺水人口將超過25億。

印染污水有機物含量高、可生化性差、成分復雜、色度大、水質變化大，是公認較難處理的工業(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、以色列等的中水會用技術相對較成熟。日本中水回用占處理水量的46%；美國中水回用占比達50%以上；以色列中水回用比較出色，污水經處理后46%用于灌溉，其余33%和20%分別回灌與地下或排入江河。

目前我國內對于紡織印染污水的回用不到20%，遠不能達到《中華人民共和國水污染防治法》、《中華人民共和國環(huán)境保護法》、《中華人民共和國清潔生產促進法》、《中華人民共和國循環(huán)經濟法》、《印染行業(yè)清潔生產評價指標體系》、《棉印染清潔生產評價指標體系》等法律、法規(guī)的80%以上回用的要求。

這是由于

1：中水回用是在對印染污水處理達標的基礎上進行的，而實際運行中很難達到回用標準，尤其在鹽度和硬度方面。

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

3：中水回用系統前期投入較多收益時間較長。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標直接排放。

近年來由于政府及全社會的普遍重視，各地政府及環(huán)保部門監(jiān)管力度逐步加大，對于散、亂、差等監(jiān)管不利的企業(yè)要求集中統一進工業(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、排水費用的增加不少。

例如浙江、福建的用水和排水當達到一定的標準時收費在9-16元不等，汕頭地區(qū)也將逐步統一在2019年前全部進園區(qū)。這將逼迫企業(yè)從自身的利益考量的對中水回用的重視。加上部分企業(yè)在之前申報排污量時均偏向于量小，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)停產限產，嚴重影響了企業(yè)的正常經營。印染中水回用勢在必行。

二：印染污水中水回用標準

印染污水經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)應執(zhí)行《紡織染整工業(yè)回用水水質標準》

備注：

1：硬度小于150mg/L可全部用于生產:。

2：硬度在150-325mg/L之間，大部分可用于生產。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: 電導率小于30us/cm可用于全部生產。電導率在30-250us/cm之間，可用于漂洗等生產。

表2-2 印染污水不同回用方式水質指標要求                    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、化學法、生物法及其組合方法。對于印染污水的中水回用技術而言重點是對COD、色度、鹽度、SS的去除。印染污水經過二級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水質的硬度及電導率降解有限。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。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物質。以熱交換原理為基礎的處理法也屬于物理處理法。

常用的物理處理法有調節(jié)法、格柵、篩網、砂濾、碳濾、過濾、沉淀、氣浮、重力分離、離心分離和蒸發(fā)、結晶等。格柵、篩網、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；離心法用于分離各類懸浮物。物理法主要用于改善水質和預處理，去除懸浮物及膠體物質。其優(yōu)點在于工藝簡單，費用低廉。但處理效果較差，一般只作為預處理和初級處理。

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

3.2：化學處理法

化學處理方法的原理是利用化學反應和傳質作用，分離、去除廢水中呈溶解、膠體狀態(tài)的污染物質或將其轉化為無害物質。

常用的化學處理法有化學沉淀法、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。

化學沉淀法是是向污水中投機各類混凝劑，使之與水中的污染物其化學反應，生產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，使污水得到凈化。

化學處理法可以去除懸浮物、膠體物質、色度、溶解性物質、金屬離子及其他污染離子。優(yōu)點是能達到二級甚至三級處理標準。缺點是費用高。

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，將污水中的有機物分解和向無機物轉化使污水得到凈化。

生物處理法是污水處理中應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。

好氧三級生化中水回用新隔離型曝氣生物濾池法（NBAF）生物技術

A:定義

微生物細胞幾乎能在水環(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，由細胞內向細胞外延伸的胞外多聚物使微生物細胞形成纖維狀的纏結結構，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，當污水流經載體表面和生物膜接觸的過程中，污水中的有機污染物被微生物吸附、穩(wěn)定、最終轉化為H₂O、CO₂、NH₃和微生物細胞物質，污水得到凈化。

C:生物膜的特點

生物膜中的微生物不像活性污泥那樣承受較強的攪拌沖擊，易于生長繁殖。生物膜是由細菌（好氧、兼性、厭氧）、真菌、藻類、原生動物、后生動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，單位反應器內的生物量可高達活性污泥法的5-20倍，因而生物膜反應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特優(yōu)勢的生物圈，這種現象對有機污染物是相當有利的。生物膜法對于進水BOD在50mg/L以下的水能很好的處理成5-10mg/L.而活性污泥對于低于60mg/L的沒有辦法處理。

D：優(yōu)越性

如今國內大部分使用活性污泥法，凈水后均產生大量的污泥，這些污泥含有高濃度的有機物，極難處置，形成二次污染的污染源。污泥的產生是傳統污水處理技術難以突破的瓶頸。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，因此本技術的最大特點是凈化污水時幾乎不產生有機污泥，這正是傳統凈化技術的致命軟肋。

（1）NBAF曝氣生物濾池是一種新型的隔離型的高負荷浸沒式固定生物膜三相反應器，它集中了現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，并將生化反應和物理過濾（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反應器中完成。

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水的同時，采用水汽逆向的工藝路線，使介質表面形成生物膜，污水流過濾床時，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物的同時，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，對于污染物的降解十分有利。

隨著處理過程的進行，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物的同時，起到了進一步吸附過濾作用，從而能使有機物及懸浮物均能得到比較徹底的清除。

（2）在反應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環(huán)境，因此生物量大、濃度高，使其容積負荷增大，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）,而停留時間縮短至4-8小時?；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物COD、BOD、SS、NH3-N、P等），且一般不設置二沉池。

（5）氣水相對運動，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，降低運行費用。

（6）硝化效率高，脫氮效果好，這是常規(guī)二級處理達不到的。

（7）高質量的出水達到砂濾三級處理水質，不但可以滿足環(huán)保排放標準，而且可達到中水回用標準。NBAF對低濃度的有機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，長期運行將產生微生物內源消化，因此幾乎沒有污泥產生。

表3-2  NBAF與傳統處理工藝設計參數比較表

從以上數據對比可知，NBAF工藝不僅在生化反應單元上有機負荷高、水力停留時間短，因而反應器體積小，占地面積少，同時不需要單獨設置二次沉淀池，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

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，本技術采用曝氣強制通風供氧。好氧層的厚度和污水的流量和濃度相關聯

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)物和氧供應不足，促使微生物內源代謝產生厭氧層。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、分解水中的有機物。好氧、厭氧和兼氧同時形成了硝化和反硝化。因此具有脫氮的功能。