CN103466768B - 处理印染生化出水的絮体回流混凝工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了处理印染生化出水的絮体回流混凝工艺，属于工业废水深度处理与回用领域。该工艺的流程为：印染生化出水在投加高效混凝剂后，与粉末活性炭加载剂和回流絮体混合后进行混凝反应，随后依次通过助凝反应、絮体生长、斜板沉淀等处理阶段实现净化。本发明优点：出水色度可稳定在10倍以下，化学需氧量（COD_cr）的去除率比传统絮凝方式提高5-10%，混凝反应阶段生成的絮体回用次数可达15次以上，回用一定次数失效的絮体经再生剂处理后，还可作为再生混凝剂使用，使得混凝剂的投加量和混凝产泥量比传统絮凝方式减少50-70%，能够实现废水深度处理综合成本的大幅降低。

Description

处理印染生化出水的絮体回流混凝工艺

技术领域

本发明属于工业废水深度处理与回用领域，具体地说是涉及一种粉末活性炭复配高效混凝剂深度处理印染生化出水的絮体回流强化混凝工艺，即处理印染生化出水的絮体回流混凝工艺，该工艺适用于纺织印染企业综合废水处理厂或站经过生化处理后的二沉池出水的深度处理，也适用于其他行业低浊度生化出水或微污染水源水的深度处理。

背景技术

印染行业是用水和排污较多的工业行业之一。随着工业废水排放标准的日趋严格和水价提高，节约水资源、提高水的回用率已成为印染行业十分重要的任务，因而迫切需要对印染废水的生化处理出水进行深度处理，并根据水质要求回用于印染工艺的前处理工序、染色工序、后整理工序或用作工厂的其他杂用水，如冲厕、浇花、洗车、冲地用水等。

印染废水中的主要污染物，包括染料、浆料、助剂、纤维杂质、油剂、酸碱以及无机盐等，特点是水量大、有机物浓度高、色度高、毒性大、难生化降解、水质复杂且变化快、污染严重，即使经过处理达到排放标准后，其生化出水中残存的低浓度染料也会造成水体透光率降低，破坏生态环境。近年来，由于化纤织物的发展和印染后整理技术的进步，PVA浆料、新型助剂等难降解有机物大量进入印染废水，为废水的深度处理与回用增加了难度。

印染生化出水是印染废水经过传统的生物技术处理之后的出水，COD通常在60-100mg/l左右，色度在40-60倍左右，pH多呈中性，是一种低浊度的含低浓度难降解有机污染物的工业废水，其中通常既有未被生物降解的难降解有毒有机污染物（如卤代烃、杂环有机物、邻苯二甲酸酯类等），也有在生物分解和代谢过程中产生的较大分子的亲水性腐殖酸类有机污染物。对于这类废水的深度处理，通常采用絮凝、吸附、还原、氧化及其集成工艺。其中，絮凝技术是一种简便易行的处理方法，具有投资费用低、设备占地少、处理容量大、脱色率高等优点。该技术主要涉及两大因素：絮凝剂和絮凝反应过程。

在絮凝剂的开发方面，已有的研究多集中于常规无机絮凝剂、多元无机高分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂等几类药剂的改性与应用:（1）常规无机絮凝剂包括聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合氯化铁(PFC)、聚合硫酸铁(PFS)，还包括改性钙盐和改性铝盐，对生化出水的深度处理效果多不理想，普遍存在投药量大且色度和COD_cr去除率低等问题，同时还会生成大量脱水困难的泥渣；（2）多元无机高分子絮凝剂是在PAC、PAS等非复合型无机高分子絮凝剂，合成过程中引入Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄ ^2-以及多种重金属等离子的一种或几种而生成，其中含有大量多羟基聚合物，加入生化出水中后，由于水中悬浮颗粒较少，絮凝剂完全中和水中悬浮颗粒中所带的负电荷后，吸附在悬浮颗粒上的过剩带电离子，反而使之带上正电荷，因静电排斥使絮凝效果变差，废水浊度增加，导致沉降分层较慢；（3）有机高分子絮凝剂主要包括具有不同电荷密度的含胺类缩聚物或聚合物，其单独应用处理生化出水时，会导致水中染料颗粒相对数目的减少，进而降低有机高分子聚合物伸展部分与染料颗粒的碰撞机率，削弱其吸附架桥功能，影响深度处理效果，而多余的游离态有机高分子絮凝剂残留在水中，势必会使废水的COD_cr不降反升。

在絮凝工艺的开发应用方面，基于絮凝动力学原理可知，絮凝反应过程的效果取决于颗粒间产生接触碰撞的程度，但印染生化出水浊度较低，而浊度越低，颗粒碰撞次数越少，反应效果越差，形成的絮体就越细小；絮体越细小，则沉降速度越小，就越不利于沉淀。因此近年来，针对低浊度微污染水源水的净化和工业废水生化出水的深度处理，在常规混凝工艺的基础上，强化混凝的概念和技术得到了广泛研究和应用，涵盖了对常规混凝工艺中的絮凝剂和絮凝反应过程中任一环节或多环节的强化和优化。其中对于絮凝反应过程强化的代表性工艺有：（1）通过投加细砂等加载剂促进絮体形成的加载絮凝工艺——絮凝反应后采用水力旋流方式分离加载剂回用至助凝阶段；（2）通过污泥回流增加絮体密度的高密度沉淀池工艺——絮凝反应后将污泥回流至混凝阶段或助凝阶段；（3）加载絮凝与高密度沉淀池联用工艺——将加载剂与污泥同时回用或分别回用至混凝阶段或助凝阶段。虽然几种工艺通过加载剂和污泥回流增加了絮凝核心，使得水中总悬浮颗粒物骤增，碰撞几率也大大增加，处理效果得以提升，进一步提高了絮凝技术对水中污染物，尤其是低分子溶解性污染物的净化效果，但在实际应用过程中仍存在絮体总量较少、沉降慢、絮体回用次数有限、COD_cr去除率不高、絮凝剂投加量大、产泥量大、处理效果不稳定、处理成本偏高、操作复杂等问题，同时要取得良好的混凝效果还与絮凝剂类型、水质、水力条件等诸多因素有关。

综上所述，如何制备筛选处理效果良好的絮凝剂并辅之以适合且简便易行、运行稳定的絮凝工艺，减少二次污染，优化治理效果，降低处理成本，是印染生化出水深度处理与回用的关键。本发明在综合分析前人工作的基础上，公开了一种粉末活性炭复配高效混凝剂深度处理印染生化出水的絮体回流强化混凝工艺，分别从混凝剂、加载剂、絮体回流、混凝剂再生等多角度对印染生化出水的强化混凝技术进行了综合优化，具有良好的技术可行性、经济可行性和工程可行性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，而提供了处理印染生化出水的絮体回流混凝工艺。

本发明的技术方案如下：处理印染生化出水的絮体回流混凝工艺，该工艺装置包括依次顺序的串联混凝反应池、助凝反应池、絮体生长池、斜板沉淀池、污泥泵、絮体回流管、混凝剂再生池和混凝剂储罐，见图1；

该工艺的流程为：

（1）印染生化出水在加入混凝剂储罐中的混凝剂后，从混凝反应池下部连续泵送进入口，同时从混凝反应池上部投加粉末活性炭加载剂和回流的絮体，与废水混合后在快速搅拌下进行混凝反应，速度梯度为60-90s^-1，水力停留时间为1-10min；

（2）混凝反应池出水溢流进入助凝反应池，同时从助凝反应池上部投加助凝剂，与废水混合后在中慢速搅拌下进行助凝反应，速度梯度为30-60s^-1，水力停留时间为3-10min；

（3）助凝反应池出水从助凝反应池下部进入絮体生长池，在慢速搅拌和混凝剂、助凝剂和粉末活性炭共同作用下，絮体逐渐生长形成、凝聚增大，进一步生成粗大密实的絮状物，速度梯度为5-15s^-1，水力停留时间为5-10min；

（4）絮体生长池出水溢流进入斜板沉淀池，经10-30min沉淀后与絮体实现固液分离，废水从斜板沉淀池上部溢流排出，絮体在重力沉淀作用下，配合斜板的快速沉淀效应得以迅速沉降，最后从斜板沉淀池下部经污泥泵回流至混凝反应池，絮体回流比为5-100%；

（5）絮体回流管可视水质情况连续排泥或间歇排泥，使一部分絮体进入混凝剂再生池（7），经再生剂处理后，混凝剂再生池上清液作为再生混凝剂补充进入混凝剂储罐，混凝剂再生池底部的其余泥渣外排；

印染生化出水为纺织印染企业综合废水处理厂或站经过生化处理后的二沉池出水，主要水质指标：COD_cr=60-100mg/L，色度=40-60倍，pH=6.5-7.0。

所述的混凝剂是一种具有反应性能的有机-无机复配絮凝剂，平均投加量为100-300mg/L，由无机多元高分子絮凝剂60-85%、有机高分子絮凝剂10-20%和含铝无机混凝剂2-20%复配而成；其中无机多元高分子絮凝剂是聚硅酸铝镁锌、聚硅酸铝镁或聚硅酸铝锌中的一种，有机高分子絮凝剂是双氰胺-甲醛缩聚物各类含胺的高分子絮凝剂，含铝无机混凝剂是硫酸铝、聚合硫酸铝或聚合氯化铝中的一种；所述的混凝剂，还可以是一种兼具絮凝与氧化性能的无机复合絮凝剂，平均投加量为100-300mg/L，由亚氯酸钠2-5%、含铝无机混凝剂70-80%和少量无机盐如硫酸铝10-25%复配而成，其中含铝无机混凝剂是硫酸铝、氯化铝、聚合硫酸铝或聚合氯化铝中的一种。

所述的粉末活性炭加载剂是煤质、木质或椰壳中的一种或其中几种的混合物，平均投加量为20-50mg/L。

所述的混凝反应池、助凝反应池和絮体生长池是隔板混合反应池的水力混合反应池；或是管道静态混合反应器或机械混合反应池；

所述的斜板沉淀池中斜板的替代物，是斜管。

所述的助凝剂是阳离子型或阴离子型或非离子型聚丙烯酰胺助凝剂，如阳离子型聚丙烯酰胺，投加量为1-4mg/L。

所述的再生剂是无机酸碱，如盐酸、硫酸、硝酸、氢氧化钠、氢氧化钙或氧化钙；或是有机溶剂，如甲醇、乙醇或乙醚；或是有机高分子絮凝剂，如聚丙烯酰胺或双氰胺-甲醛缩聚物，再生剂类型和浓度视处理工艺中使用的混凝剂组成、配比和实际水质情况而定。

本发明与现有技术区别在于：

（1）高效混凝剂的使用。已公开的发明选用的混凝剂多为常用的无机聚合混凝剂，如聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铝等，本发明选用自行制备的高效混凝剂，对于印染生化出水的絮凝脱色具有良好效果，能够规避常用无机混凝剂在药剂用量大、泥渣产量大和处理效果差等方面的不足。

（2）粉末活性炭与絮体回流的联用。中国专利CN 101445287A公开了一种用于印染废水深度处理的混凝沉淀方法，选用常用无机聚合混凝剂，采用污泥回流方式处理印染生化出水。本发明除用高效混凝剂替代无机混凝剂外，还采用粉末活性炭作为加载剂与絮体回流联用，能够发挥粉末活性炭在增加絮体核心和吸附降解污染物两方面的性能，提升整体处理效果，优化处理成本。

（3）絮体回流后混凝剂的再生。已公开的污泥回流混凝工艺中，对于剩余污泥的处置，多采取定期排泥外运处理，实际上其中还有可再生的混凝剂可以再利用。本发明通过对定期排出的污泥投加再生剂处理，使部分混凝剂从泥渣中再生，既可进一步减少混凝剂总体用量，也可进一步降低外排泥渣总量，减少二次污染，降低运行成本。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）印染生化出水经该工艺处理后，出水色度可稳定在10倍以下，化学需氧量（COD_cr）的去除率比传统絮凝方式提高5-10%；

（2）混凝反应阶段生成的絮体回用次数可达15次以上，回用一定次数失效的絮体经再生剂处理后，还可作为再生混凝剂使用，使得絮凝剂的投加量和絮凝产泥量比传统絮凝方式减少50-70%，能够实现废水深度处理综合成本的大幅降低，加之该工艺操作简便，易于实现工程化，因此具有较为广阔的应用前景；

（3）所使用的高效混凝剂本身具有出色的絮凝性能，不仅能够通过无机组分发挥常规絮凝剂的电中和、吸附架桥、卷扫网捕等功能，还能通过有机组分对水中溶解性低分子有机污染物产生很强的化学吸附和氧化等多种净化效果，从而可以提高污染物的去除率；

（4）絮体回流可增加水中胶体颗粒浓度，提高颗粒的有效碰撞几率，进而增加形成絮体的“核”中心，并充分利用絮体中残留絮凝剂的剩余吸附能，使得在处理相同水质、水量的前提下，能够显著降低絮凝剂的用量，进而减少了污泥生成总量。粉末活性炭的复配强化了上述效果，还能通过对污染物的吸附起到协同降解有机物和色度的目的。

通过粉末活性炭复配高效混凝剂并配合絮体回流和混凝剂再生的方式，开发了一种深度处理印染生化出水的新型强化混凝工艺，不仅对印染生化出水中的污染物具有稳定高效的去除效果，还可通过大幅削减絮凝剂的投加量和絮凝产泥量实现废水深度处理综合成本的大幅降低，与此前的研究相比实现了较为明显的技术进步。

综上，本发明从混凝剂、加载剂、絮体回流、助凝剂和混凝剂再生等多角度对印染生化出水的强化混凝技术进行了综合优化，开发了一种粉末活性炭复配高效混凝剂深度处理印染生化出水的絮体回流强化混凝工艺，该工艺简便易行、运行稳定，优化了治理效果，减少了二次污染，降低了处理成本，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明处理印染生化出水的絮体回流混凝工艺装置的示意图。

图中数字说明：混凝反应池1；助凝反应池2；絮体生长池3；斜板沉淀池4；污泥泵5；絮体回流管6；混凝剂再生池7；混凝剂储罐8；搅拌电机9、10、11；刮泥电机12；管道阀门13；进水口14；出水口15；粉末活性炭16；助凝剂17；定期排泥18；泥渣外排19。

具体实施方式

下面列举2个实施例，并结合附图对本发明加以进一步说明，但本发明不只限于这些实施例。

实施例1

某印染企业综合废水处理厂的生化出水水质指标为：COD_cr=64.7mg/L，色度=40倍，pH=6.5-7.0，外观呈浅黄色透明状态。使用质量分数为10%的某种具有反应性能的有机-无机复配絮凝剂溶液作为高效混凝剂，平均投加量为250mg/L，其中：有机高分子絮凝剂为双氰胺-甲醛缩聚物,投加量40mg/L（16%）；无机多元高分子絮凝剂为聚硅酸铝镁锌，投加量190mg/L（76%），含铝无机混凝剂为硫酸铝，投加量20mg/L（8%）。加载剂为木质粉末活性碳，粉末活性炭平均投加量为34mg/L，助凝剂为阳离子聚丙烯酰胺，用量为1-2mg/L，再生剂为无机酸（如硫酸），用量2-3mg/L，采用本发明所述的絮体回流强化混凝工艺对废水进行处理。处理出水的外观呈无色透明状态，色度稳定在10倍，COD_cr范围为42.7-63.4mg/L，平均COD_cr=54.86mg/L，平均产泥量0.082g/L，絮体可连续稳定回流16次以上。

比较例1

某印染企业综合废水处理厂的生化出水水质指标为：COD_cr=64.7mg/L，色度=40倍，pH=6.5-7.0，外观呈浅黄色透明状态。使用质量分数为10%的某种具有反应性能的有机-无机复配絮凝剂溶液作为高效混凝剂，不投加粉末活性炭，采用本发明所述的絮体回流强化混凝工艺对废水进行处理。处理出水的外观呈无色透明状态，色度稳定在10倍，COD_cr范围为52.4-68.1mg/L，平均COD_cr=59.27mg/L，混凝剂平均投加量为2.23g/L，平均产泥量0.174g/L，絮体连续稳定回流次数可达9次。与实施例1的比较结果表明，不投加粉末活性炭时，除色度去除率基本不变外，COD_cr去除率有所降低，混凝剂投加量和混凝产泥量均增长1倍以上，絮体连续稳定回流次数也大幅降低。

实施例2

某印染企业综合废水处理厂的生化出水水质指标为：COD_cr=64.7mg/L，色度=40倍，pH=6.5-7.0，外观呈浅黄色透明状态。使用质量分数为10%的某种兼具絮凝与氧化性能的无机复合絮凝剂溶液作为高效混凝剂，有反应性能的有机-无机复配絮凝剂溶液作为高效混凝剂，平均投加量为250mg/L，其中：有机高分子絮凝剂为双氰胺-甲醛缩聚物，投加量50mg/L（20%）；无机多元高分子絮凝剂为聚硅酸铝镁锌，投加量170mg/L（68%），含铝无机混凝剂是聚合硫酸铝，投加量30mg/L（12%）。加载剂为粉末活性炭木质，粉末活性炭平均投加量为34mg/L，助凝剂为阴离子聚丙烯酰胺，用量为1-2mg/L，再生剂为无机酸（如硫酸），用量2-3mg/L，采用本发明所述的絮体回流强化混凝工艺对废水进行处理。处理出水的外观呈无色透明状态，色度稳定在10倍，COD_cr范围为44.4-67.4mg/L，平均COD_cr=57.35mg/L，混凝剂平均投加量为2.33g/L，粉末活性炭平均投加量为0.037g/L，平均产泥量0.058g/L，絮体可连续稳定回流15次以上。

比较例2

某印染企业综合废水处理厂的生化出水水质指标为：COD_cr=64.7mg/L，色度=40倍，pH=6.5-7.0，外观呈浅黄色透明状态。使用质量分数为10%的某种兼具絮凝与氧化性能的无机复合絮凝剂溶液作为高效混凝剂，不投加粉末活性炭，采用本发明所述的絮体回流强化混凝工艺对废水进行处理。处理出水的外观呈无色透明状态，色度稳定在10倍，COD_cr范围为58.0-72.5mg/L，平均COD_cr=64.64mg/L，混凝剂平均投加量为2.0g/L，平均产泥量0.052g/L，絮体可连续稳定回流次数可达10次。与实施例2的比较结果表明，不投加粉末活性炭时，色度去除率基本不变，混凝剂投加量和混凝产泥量基本相当，但COD_cr去除率有所降低，絮体连续稳定回流次数也大幅降低。

Claims (5)

1.处理印染生化出水的絮体回流混凝工艺，其特征在于：该工艺装置包括依次顺序的串联混凝反应池(1)、助凝反应池(2)、絮体生长池(3)、斜板沉淀池(4)、污泥泵(5)、絮体回流管(6)、混凝剂再生池(7)和混凝剂储罐(8)；

该工艺的流程为：

(1)印染生化出水在加入混凝剂储罐(8)中的混凝剂后，从混凝反应池(1)下部连续泵送进入口，同时从混凝反应池上部投加粉末活性炭加载剂和回流的絮体，与废水混合后在快速搅拌下进行混凝反应，速度梯度为60-90s^-1，水力停留时间为1-10min；

(2)混凝反应池出水溢流进入助凝反应池(2)，同时从助凝反应池上部投加助凝剂，与废水混合后在中慢速搅拌下进行助凝反应，速度梯度为30-60s^-1，水力停留时间为3-10min；

(3)助凝反应池出水从助凝反应池下部进入絮体生长池(3)，在慢速搅拌和混凝剂、助凝剂和粉末活性炭共同作用下，絮体逐渐生长形成、凝聚增大，进一步生成粗大密实的絮状物，速度梯度为5-15s^-1，水力停留时间为5-10min；

(4)絮体生长池出水溢流进入斜板沉淀池(4)，经10-30min沉淀后与絮体实现固液分离，废水从斜板沉淀池上部溢流排出，絮体在重力沉淀作用下，配合斜板的快速沉淀效应得以迅速沉降，最后从斜板沉淀池下部经污泥泵(5)回流至混凝反应池，絮体回流比为5-100％；

(5)絮体回流管(6)可视水质情况连续排泥或间歇排泥，使一部分絮体进入混凝剂再生池(7)，经再生剂处理后，混凝剂再生池上清液作为再生混凝剂补充进入混凝剂储罐(8)，混凝剂再生池底部的其余泥渣外排；

印染生化出水为纺织印染企业综合废水处理厂或站经过生化处理后的二沉池出水，主要水质指标：COD_cr＝60-100mg/L，色度＝40-60倍，pH＝6.5-7.0其中，所述的混凝剂是一种具有反应性能的有机-无机复配絮凝剂，平均投加量为100-300mg/L，由无机多元高分子絮凝剂60-85％、有机高分子絮凝剂10-20％和含铝无机混凝剂2-20％复配而成；其中无机多元高分子絮凝剂是聚硅酸铝镁锌，聚硅酸铝镁或聚硅酸铝锌中的一种，有机高分子絮凝剂是双氰胺-甲醛缩聚物各类含胺的高分子絮凝剂，含铝无机混凝剂是硫酸铝，聚合硫酸铝或聚合氯化铝中的一种；所述的混凝剂，还可以是一种兼具絮凝与氧化性能的无机复合絮凝剂，平均投加量为100-300mg/L，由亚氯酸钠2-5％、含铝无机混凝剂70-80％和少量无机盐如硫酸铝10-25％复配而成，其中含铝无机混凝剂是硫酸铝、氯化铝、聚合硫酸铝或聚合氯化铝中的一种。

2.根据权利要求1所述的处理印染生化出水的絮体回流混凝工艺，其特征在于：所述的粉末活性炭加载剂是煤质、木质或椰壳中的一种或其中几种的混合物，平均投加量为20-50mg/L。

3.根据权利要求1所述的处理印染生化出水的絮体回流混凝工艺，其特征在于：所述的混凝反应池(1)、助凝反应池(2)和絮体生长池(3)是隔板混合反应池的水力混合反应池；或是管道静态混合反应器或机械混合反应池；所述的斜板沉淀池(4)中斜板的替代物，是斜管。

4.根据权利要求1所述的处理印染生化出水的絮体回流混凝工艺，其特征在于：所述的助凝剂是阳离子型或阴离子型或非离子型聚丙烯酰胺助凝剂，如阳离子型聚丙烯酰胺，投加量为1-4mg/L。

5.根据权利要求1所述的处理印染生化出水的絮体回流混凝工艺，其特征在于：所述的再生剂是无机酸碱，如盐酸、硫酸、硝酸，氢氧化钠、氢氧化钙或氧化钙；或是有机溶剂，如甲醇、乙醇或乙醚；或是有机高分子絮凝剂，如聚丙烯酰胺或双氰胺-甲醛缩聚物，再生剂类型和浓度视处理工艺中使用的混凝剂组成、配比和实际水质情况而定。