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基于水网络优化的棉针织印染废水回用技术研究

时间:2017-5-9 11:00:00   来源:中国印染网   添加人:admin

  棉针织印染生产过程中使用多种染料和助剂,排放的生产废水主要来源于煮漂和染色过程,具有水质和水量变化大、有机物含量高、色度高、可生化性差、含盐量高等特点,是难降解的工业废水。目前我国印染行业普遍存在用水量大、水污染严重、水回用率低等问题0“十一五”末期,我国印染行业水的重复利用率仅为15%,未达到制造业的平均水平。随着资源和环境压力的加剧,国家对重大流域地区实行更加严格的环境管理,促使企业采用先进技术,减少新鲜水的使用量,最大限度地增大水的回基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07313-005)用率。

  笔者以江苏省某棉染整企业为研究对象,该企业在我国印染企业中具有生产的规模性和技术水平的典型性。研究采用水夹点技术,通过对企业用水网络进行优化,分析了在当前技术经济水平下可行的废水再生回用技术方案,以期为棉针织企业废水处理与回用技术的有效实施提供支持。笔者所在课题组前期对该典型企业的排水水质特征进行了系统分析,确定了切实可行的关键水质指标3,并在此基础上开发了废水清污分离系统4,同时完成了本方案的中试研究,重点对水解酸化池、MBR和超滤+纳滤双膜处理单元进行了研究B7,在取得比较理想的中试效果后,进行方案的设计。

  1研究方法废水回用可分为直接回用、再生回用、再生循环三种方式0,直接回用方式采用水夹点分析方法确定水质。水夹点分析方法是将用水过程看作是高污染物(如限制水回用的有机污染物)过程流股向低污染物过程流股的传质过程,并将传质过程用相关图表表示08.对于典型的棉针织印染废水,由于生产加工过程的序批性和间歇性,导致排放的废水也具有间歇性特点。用夹点技术分析间歇性系统时,为了消除时间对废水回用的限制,设置中间储水罐,这样,在多个连续的生产周期内,分析结果趋于个定值09.此外,由于废水含有多种污染物,用水夹点分析多污染物系统时,可利用各污染物指标之间的相关性确定关键污染物,通过分析关键污染物得出最终结果。

  2结果分析和方案选择2.1水夹点确定2.1.1数据收集实际生产过程中按照染料质量占织物质量的比例分为印染浅色、中色、深色织物的3种生产废水,3种废水的比例根据企业的生产情况而定,所以水质有较大的变化。根据〈纺织工业企业环境保护设计规范(GB 50425―2008),回用水同时作为多种用途时,按最高用水水质确定回用水质,因此,为了简化分析难度,主要采用深色布的基本数据进行水量分析,按浅色布的要求确定回用水水质。

  染整过程各工序的废水水质和水量如表1所示,深色布染整过程分为13道工序,前5道产生的是煮漂废水、后8道为染色废水。

  表1染深色棉织物不同工序的水质和水量工序电导率cm―色度/倍pH值2.1.2水夹点分析运用水夹点分析软件WaterDesign对数据进行分析。由表1的数据可知,第4、5、10、11、12、13道废水的电导率和COD浓度相对较低,可回用的可能性较大;而第1、、道废水的电导率和COD浓度都很高,水质最差,可以不考虑回用。

  根据实际分析各水质指标间存在的相关性,电导率和TDS的相关系数为0.999,TDS和色度的相关系数为0.839,电导率和色度的相关系数为0.839,煮漂阶段TDS和COD的相关系数为0.724.由电导率与TDS的相关系数确定这两个指标可以择分析,而这两个指标与色度的相关系数致,所以这两个指标在一定程度上可以代表色度指标,本研究选用TDS进行分析,但是TDS与COD的相关系数不大,所以COD要单独进行分析。因此选择TDS和COD两个参数作为水夹点分析的限制性污染物,分别进行单限制性污染物水夹点分析。

  以COD作为限制性污染物时,为了简化分析难度,结合清污分流结果以及所选的关键性污染物(COD)对流股进行分配。纺织染整工业废水治理工程技术规范(H471―2009),漂洗和染色工序的最后一道用水不宜使用回用水,即第5和13道水使用新鲜水,所以将这两道水分为第1个流股,将清洁废水中其他多道水(即第4、10、11、12道水)分为第2个流股,将渐浓的第1、6、7道水分为第4个流股,其余的分为第3个流股。以整个系统作为整体考虑所有水回用的可能性,煮漂回用水质及染色回用水质10,确定各过程的极限进口浓度,再利用质量守恒定律计算混合流股的混合浓度作为极限出口浓度,最终的分流股结果见表2.表2各流股合并后以COD作为限制性污染物的极限数据Tab.操作用水操作包含的工序工序5、13注:F,n为操作需要的水量,n为操作的极限进口浓度,ut为操作的极限出口浓度,为操作中污染物的质量流量,以进出口浓度差与流量的乘积表示。

  C01)负荷取gul-丨)以OOD为限制性污染物的水夹点示意Fig.以TDS作为限制性污染物分析时,分流过程同为了使回用率达到最大,现假设所有的废水都具有回用的可能性。表2中数据的获取,以操作4为例,因为水质最差,所以选择回用到水质要求最低的煮漂过程中去,根据回用水质指标3,极限进口浓度为150mg/L,而极限出口浓度计算以质量守恒定律为依据,出口浓度计算为流股合并后的平均混合浓度,所以操作4的极限出口浓度为2未用水夹点分析之前,13道用水总量为5 780m3/d.水夹点分析软件处理数据结果如所示,水夹点的供水线斜率的倒数即代表整个系统的新鲜水使用最小量。由可知,最小新鲜水流率Fmin为4 206m3/d,生产中排放的可以直接回用的清废水水量为1574m3/d,夹点浓度为385mg/L,COD平均出口浓度为1230mg/L. 600上,因为回用指标中没有TDS的相关指标,但是有电导率的相关指标,由于电导率与TDS相关性很高,得到关于TDS的相关回用指标。即最小新鲜水流率为2 977m3/d,夹点浓度为2 399mg/L,TDS平均出口浓度为7由于关键水质指标之间存在相关性,为了保证清废水的回用不受任何污染物的限制,选用较大的新鲜水流率,即选择最小新鲜水用量为4生产过程中排放的清废水直接回用,回用量为1574 2.2水网络优化及回用水质、水量确定生产过程中排放的清废水直接回用,对进行清污分流后的浓废水集中收集,经物化及生物处理后,再经双膜法(超滤+纳滤)处理后进行回用。

  废水处理系统的水量损失估算:浓废水水量为/d,取染整废水厂产泥率为0.13%(0.10%~0.15%)11,含水率为80%;蒸发等损失量粗估计为进水量的5%,则出水量粗估计为3764m3/d;经过双膜法除盐系统,假设淡水产率为68%(超滤产水率为5%11,纳滤产水率为72%12),则经纳滤处理后,最终可以再生循环回用到生产工艺替代新鲜补充水的水量为2556m3/d.连同系统1574m3/d的清废水回用量,所研究企业总的回用水量可达到4130m3/d,总的废水回用率达到71.45%.根据上述水质、水量的分析,水网络见。考表3浓废水的水量、水质项目水量/ L-1)电导率/虑操作1使用新鲜水,产生910m3/d的废水;操作2是同时考虑新鲜水和操作1中的废水,首先根据进口浓度限值确定新鲜水量为1 230m3/d,回用操作1中废水为560m3/d;操作3应同时考虑新鲜水以及前两个操作中的废水,最终根据进口浓度限值确定各水量:新鲜水为1248m3/d,回用操作1中废水为350m3/d,回用操作2中废水为141m3/d;操作4同时考虑新鲜水以及操作1和2排出的废水,根据极限进口浓度确定水量:新鲜水为818m3/d,回用操作2中废水为522m3/d.水网络2.3回用方案选择和经济性分析2.3.1回用方案选择生产过程中排放的废水,经过清污分流后,清废水直接回用。浓废水水质和水量情况如表3所示,因为该企业位于太湖流域,经过处理满足回用到印染生产的水质要求。浓废水处理过程中,纳滤浓缩液处理后的水质需达到太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值(DB32/1072―2007)的要求。

  浓废水处理工艺流程如所示,设计参数的选取纺织染整工业废水治理工程技术规范(H 471―2009)。废水经过格栅调节池后,进入水解酸化池,设计COD及色度去除率均为35%;随后通过MBR进行处理,设计COD和色度去除率分别为85%和75%;经超滤+纳滤双膜系统处理后,设计COD、色度和TDS去除率分别为96%、98%和99%,纳滤出水直接回用作为生产用水。纳滤产生的浓水经过Fenton系统处理后,对COD的去除率超过60%,出水COD可降至50mg/L以下,达到太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值(DB32/1072―2007)的要求。

  浓废水处理工艺2.3.2废水回用工艺技术经济分析所选择的方案,清废水收集和浓废水处理等的固定资产总投资为1924万元,处理总成本为615万元/年,运行费为480万元/年。在15年项目期内,净现值NPV为1017万元,该方案盈亏平衡点BEP为46. 68%,工程的建设投资安全。因此,所确定的废水回用技术方案经济可行。

  3结论针对典型印染企业目前水回用率低的现状,研究了棉针织印染废水的回用方式和技术,以充分实现减排。根据清洁生产原则,实施源头废水的清污分流,采用水夹点技术分析企业实际的用水情况,确定生产过程中清废水的回用水质与水量,通过设置中间储水设施可实现清废水直接回用。选择超滤+纳滤技术,对污染物浓度较高的废水进行脱盐处理,实现废水再生循环回用,技术实施后,整个企业废水回用率可达到71.45%.经济分析结果表明,所采用的回用方式和技术在目前的技术经济水平下是可行的。