CN107032554A - 一种碱减量废水分质处理方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境保护中的水污染控制技术领域，涉及印染工艺中的废水处理，为一种碱减量废水分质处理方法与装置，其步骤为：1）碱减量浓碱水电渗析回收液碱：碱减量浓碱水分类收集，泵入电渗析装置，析出的再生碱水补充氢氧化钠后回用于碱减量生产环节；2）碱减量水洗废水和电渗析稀碱水酸析压滤分离出对苯二甲酸；3）滤液中和：电渗析再生碱液中和滤液到pH为6~8；4）生物法降解剩余有机物；本发明开发的碱减量生产废水分质处理技术，分步回收碱减量生产废水中的碱和对苯二甲酸，减少酸和碱投加量，减少碱减量生产废水对生物系统的冲击，具有耗能少和药剂投加量省等优点。

Description

一种碱减量废水分质处理方法与装置
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及印染工艺中的碱减量生产废水处理，特别涉及一种碱减量废水分质处理方法与装置。
背景技术
碱减量工艺是改善涤纶纤维性能的重要方法之一，操作方法就是将涤纶布在高压、高温、高NaOH浓度条件下进行水解，减量率一般为10-20%，该过程会产生碱减量废水。产生的废水大部分为水洗水，小部分为高浓度的废碱液。碱减量印染废水含有大量对苯二甲酸钠(包括大量未完全水解的低聚物)、乙二醇、氢氧化钠、染料和助剂，具有生物降解性差的特点。
现有碱减量废水处理技术主要包括三大类，一类是直接处理，一类是与印染废水混合处理，最后一类是酸析后处理。
直接处理主要为集成膜处理技术。集成膜处理代表技术为范立海开发的“超滤+纳滤”组合碱减量废水处理技术，该方法通过超滤除杂质，纳滤透过液为碱性优质回用水，回用于生产。纳滤浓缩液含有被纳滤膜截留的聚酯水解物、对苯二甲酸钠、低分子量聚酯等，浓缩近5倍，后续进一步处理。该技术将废水中的碱回用于生产，实现资源再利用，但是该技术纳滤环节耗能高，另外超滤浓水再处理问题未得到解决。周慧婷2015年对集成膜处理进行了改进，将酸析中间水池前置，部分过滤，部分酸析纳滤水回用，超滤和纳滤浓水均排入中间水池。该工艺能解决超滤和纳滤浓水问题，但是由于膜阻力大，易导致膜系统空转而废水短流直接进入酸析系统，整个系统回用产水量降低。
与印染废水混合处理技术，比如杨波开发的AAO技术处理碱减量废水，将碱减量废水和印染废水按1:9比例混合，原水COD为1500~1700mg/L之间，好氧污泥负荷0.5kgCOD/kgMLSS，DO>3.0mg/L，温度30℃；厌氧条件下，控制初始污泥负荷为1.0kgCOD/kgMLSS，温度30℃，碱减量废水中的对苯二甲酸分解产生了2-羟基-对苯二甲酸和环己酮。厌氧ABR处理，停留时间36小时，COD去除率为78%，出水pH值为7.3左右。由于该方法用水为模拟碱减量印染废水，且仅为小型实验装置，实际应用受到很多因素限制。
酸析后处理，包括酸析后水解酸化+接触氧化处理（吴晓东）、酸析后高级氧化处理（周火CN 104926018 A）、酸析后中和+MBR+RO组合处理（张志峰CN 103011519 B）、酸析后酸性条件下混凝沉淀（刘晓林）等。酸析后处理，资源化回收部分对苯二甲酸，经济性好。但由于硫酸用量加入会使废水中盐度过高，盐度高对好氧生物生物活性影响很大，导致好氧生物处理构筑物容积负荷大大降低，出水不达标。高浓度硫酸根、乙二醇水解酸化会产生恶臭气体，废气处理会使得建设成本和运行费用升高。
总体而言，碱减量废水由于碱度高、COD高，可生化性差，导致处理时酸消耗量大，盐度高，出水难以稳定达标。
目前开发的技术均为混合污水处理技术，未考虑到实际操作中碱减量废水排放情况。碱减量技术主要为间歇式碱减量工艺和连续式碱减量工艺，分别在间歇式碱减量机和连续式碱减量机里完成。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碱减量废水分质处理方法与装置，采用分质处理模式，将碱减量浓碱水和稀污水分别收集到不同构筑物，电渗析回收浓污水中的氢氧化钠到碱液再生水池回用于生产，电渗析出的稀碱液和稀污水混合后再处理的新方法。采用本工艺，能回收碱减量废水中碱和对苯二甲酸两种有用资源，并使得碱减量废水中无回收价值的少量酸、染料和乙二醇等污染物处理到达标排放，是一种经济、资源化污水处理方式。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种碱减量废水分质处理装置，包括电渗析反应器4，碱减量浓碱水接入浓碱水调节池1，碱减量水洗水接入水洗水调节池3，其特征在于，浓碱水调节池1的出水口与电渗析反应器4的淡化室入口连接，电渗析反应器4的浓缩室入口与自来水池2的出水口连接，电渗析反应器4的淡化室出口与水洗水调节池3入口连接，电渗析反应器4的浓缩室出口与碱液再生水池14入口连接，水洗水调节池3的出口与带有污泥泵的酸析池9入口连接，污泥泵的出水口与板框压滤机10连接，板框压滤机10出水排入中和池11，中和池11出水口与ABR池12入口连接，ABR池12出水口与接触氧化池13连接，接触氧化池13的出水直接排入水体环境。
所述电析反应器4淡化室出水为碱减量稀碱水，和碱减量水洗水一起排入水洗水调节池3，分类收集，分质处理。
所述碱液再生水池14与中和池11之间管道连接，利用回收碱液中和。
本发明还提供了一种碱减量废水分质处理方法，包括以下步骤：
1、将碱减量浓碱水排入浓碱水调节池1，在浓碱水调节池1中进行初步调节后，再泵入电渗析反应器4的淡化室，将自来水泵入电渗析反应器4的浓缩室，极水在极室内循环；
2、电渗析反应器4的淡化室出水和碱减量水洗水排入水洗水调节池3；浓缩室出水排入碱液再生水池14回用于生产；
3、水洗水调节池3的污水排入酸析池9，向酸析池9投加浓硫酸和醋酸，在酸析池9搅拌反应2h；
4、酸析池9反应后的混合物泵入板框压滤机10，滤液排入中和池11，滤渣回收；
5、中和池11投加再生碱调节pH为6~8后出水进入ABR池12；
6、ABR池12出水进入接触氧化池13，氧化分解剩余有机物，处理出水达标外排至污水管网。
电渗析反应器4中有间隔设置的阴膜5和阳膜6，每一膜对电压2~3V，碱减量浓碱水在淡化室中的水力停留时间为10~12h，淡化室出水电导率控制在12000~15000uS/cm。
所述酸析池9为二段式中和池，第一段投加浓硫酸调节pH到7~8，第二段投加醋酸调节pH到3.5~4.2。
所述板框压滤机10的滤布为涤纶布，污泥脱水螺杆泵出口压力为0.6Mpa。
所述酸析池9中用搅拌机搅拌，转速控制为60~83rpm，所述ABR池12和接触氧化池13水力停留时间分别为8~12h和2h。
所述浓碱水调节池1中进行水质和水量的调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明碱减量废水分质处理方法与装置应用了分质处理理论，浓稀分流，有助于回收有价值的碱液，节约成本，减少中和药剂投加量。
2.本发明碱减量废水分质处理方法与装置组合电渗析技术，降低污水中盐含量，有助于增强后续生物处理系统的微生物活性，提高碱减量污水生化处理效率。
3.本发明碱减量废水分质处理方法与装置在酸析过程中，先投加浓硫酸，再投加盐酸或工业醋酸，在降低废水中的盐度尤其是硫酸根浓度的同时，也减少后续厌氧环节恶臭气体生成量，避免增加恶臭气体处理装置。
4.本发明碱减量废水分质处理方法与装置采用板框压滤分离对苯二甲酸，减少浓缩环节，效率高，改善操作环境。
5.本发明碱减量废水分质处理方法与装置采用搅拌机搅拌促进中和，搅拌轴和桨叶均采用PE塑料，加快反应速度，减少水力停留时间，减少中和池建设费用。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图2是碱减量工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明碱减量废水分质处理方法，是将反渗透与生物处理相结合的新方法，通过分流碱减量不同阶段废水，浓水反渗透稀释盐分减少对生物系统危害，再生碱液回用，稀碱水与碱减量水洗水混合后生物处理，达到回收有用资源和净化目的。本发明中，头道碱减量废水为所述碱减量浓碱水，后续水洗和醋酸中和废水统称为碱减量水洗水。
如图1所示，一种碱减量废水分质处理装置，包含浓碱水调节池1、自来水池2、水洗水调节池3、电渗析反应器4、阴膜5、阳膜6、阳极7、阴极8、酸析池9、板框压滤机10、中和池11、ABR池12、接触氧化池13和碱液再生水池14等。其中浓碱水调节池1的出水管与电渗析反应器4的淡化室连接，自来水池2的出水管与电渗析反应器4的浓缩室相连，极水在极室里循环。电渗析反应器4的淡化室出水口与水洗水调节池3相连，浓缩室出水口与碱液再生水池14相连。水洗水调节池3与酸析池9相连，酸析池9内置污泥泵，污泥泵出水口与板框压滤机10相连。板框压滤机10出水排入中和池11，中和池11出水管进一步和ABR池12相连，ABR池与接触氧化池13连接。
本发明将碱减量浓碱水送至浓碱水调节池1，碱减量水洗水送至水洗水调节池3，进行分类收集分质处理。出调节浓碱水调节池1的碱减量浓碱水泵入电渗析反应器4的淡化室，电渗析反应器4中有间隔设置的阴膜5和阳膜6，在阳极7和阴极8产生的电场作用下，淡化室Na+、OH-和少量乙二醇定向透过渗透膜，富集于浓缩室内的自来水中，浓缩室出水为洁净再生碱水，回用于生产，有助于资源循环利用。淡化室出水碱度减少，控制电导率在10~15mS/cm，后续工艺中硫酸和醋酸的投加量也会减少，降低盐分的同时，也能增强微生物活性。装置中，可将碱液再生水池14与中和池11之间管道连接，利用回收碱液中和。
酸析池9中，前段投加浓硫酸，末端投加盐酸或醋酸，精确控制pH条件，高效析出对苯二甲酸。醋酸具有柔和酸性，慢慢析出氢离子，稳定控制pH，减少盐分。醋酸根在后续生化处理中易于氧化为CO3 2-。
本发明碱减量废水分质处理方法，具体包括以下步骤：
1）将碱减量浓碱水排入浓碱水调节池1，在浓碱水调节池1中进行水质和水量调节，再泵入电渗析反应器4的淡化室，将自来水泵入电渗析反应器4的浓缩室，极水在极室内循环；在此过程中，在电极7和8产生的电压作用下，阴离子可通过阴膜向浓缩室扩散，阳离子通过阳膜向浓缩室扩散，即Na+和OH-离子分别透过阳极膜和阴极膜渗析入浓缩室，从中回收50~55%的碱，且碱的纯度较高。该过程由于有电场力作为驱动力，渗析速率较扩散渗析更快、回收碱的浓度更高。
2）电渗析反应器4的淡化室出水（碱减量稀碱水）和碱减量水洗水排入水洗水调节池3；在水洗水调节池3中进行水质和水量调节，浓缩室出水排入碱液再生水池14回用于生产；
3）水洗水调节池3的污水排入酸析池9，向酸析池9投加浓硫酸和醋酸，在酸析池9搅拌反应2h；
4）酸析池9反应后的混合物泵入板框压滤机10，滤液排入中和池11，滤渣回收；
5）中和池11投加再生碱调节pH为6~8后出水进入ABR池12；
6）ABR池12出水进入接触氧化池13，氧化分解剩余有机物，处理出水达标外排至污水管网。
本发明步骤1）和步骤3）的操作，与实际碱减量生产工艺是相联系的。碱减量工艺一般为：碱减量，水洗和醋酸中和三个步骤，工艺流程见图2。在90~110℃，50~90min，浴比1：10~15，碱减量和水洗工序排水比例为1：1~1：2之间，醋酸中和用水量较少。
碱减量工业一般包括高浓度碱处理和中低浓度碱处理2种，不同碱减量方式进出水碱浓度见表1。
碱减量处理不同环节水质特性表见表2。基于这种操作过程，碱减量第一个操作过程排放的盐分高，水量少，第二、三步操作排放的废水碱度低，有机物少，水量大。碱减量这种生产有利于废水分质处理。
经过电渗析和压滤处理后出水水质见表3。
以下是一个具体的实施例：
涤纶布碱减量车间日排放120方（设计规模）生产废水，该车间碱减量最优工艺为NaOH质量浓度为25 g/L，处理时间为50 min，浴比为1∶15，处理温度为110℃。废水排放方式为：1/2废水为头道碱减量废水，集中排入浓碱水调节池1；1/2的废水为后续水洗和醋酸中和废水，排入水洗水调节池3。碱减量碱液原始浓度为2~5%，经过碱减量后浓碱水中氢氧化钠浓度为4~10‰，浓碱水打入电渗析反应器4。
电渗析反应器4两侧为极室，内部有浓缩室和淡化室。极水只在极室内循环，Na+和SO4 2-增强导电性。浓缩室内泵入自来水，Na+和OH-离子透过阳极膜和阴极膜渗析入浓缩室，从中回收50~55%的碱，电导率从原来的45000变为18000~20000，减少近50%。浓污水经过淡化室后，碱度降低，变成稀碱水排放入稀污水调节池。
电渗析出的稀碱液和稀污水混合，在酸析池投加浓硫酸调节pH到7后，采用醋酸调节pH到3.5~4.2之间，反应时间控制在2h，打入板框压滤机压滤，滤渣外售重新利用，滤液投加再生碱液调节pH到7~8，进入ABR折板厌氧反应器和接触氧化池氧化处理后达标排放。
采用本发明工艺，根据年生产360天、日工作24小时的生产能力估算，每年可以向环境少排放COD 540~864吨，具有良好环境效益。传统混合式酸析工艺，需要对碱减量废水调节pH到3，吨水酸投加费用达到6.4元，日处理120吨情况下，酸消耗费用约770元。采用本发明工艺，每天回收氢氧化钠200kg，氢氧化钠按2.3元计，电费消耗400元，按较传统工艺节省费用7.8%，具有好的经济效益。
采用本方法，碱减量污水处理出水能稳定达到《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287-2012）表1中的间接排放标准要求。采用本方法，能达到回收废水中有用资源的目的，并使得碱减量废水达标排放，是一种经济性好的方法。
本发明未叙述部分为现有技术。

Claims (9)

1.一种碱减量废水分质处理装置，包括电渗析反应器（4），碱减量浓碱水接入浓碱水调节池（1），碱减量水洗水接入水洗水调节池（3），其特征在于，浓碱水调节池（1）的出水口与电渗析反应器（4）的淡化室入口连接，电渗析反应器（4）的浓缩室入口与自来水池（2）的出水口连接，电渗析反应器（4）的淡化室出口与水洗水调节池（3）入口连接，电渗析反应器（4）的浓缩室出口与碱液再生水池（14）入口连接，水洗水调节池（3）的出口与带有污泥泵的酸析池（9）入口连接，污泥泵的出水口与板框压滤机（10）连接，板框压滤机（10）出水排入中和池（11），中和池（11）出水口与ABR池（12）入口连接，ABR池（12）出水口与接触氧化池（13）连接，接触氧化池（13）的出水直接排入水体环境。
2.根据权利要求1所述碱减量废水分质处理装置，其特征在于，所述电析反应器（4）淡化室出水为碱减量稀碱水，和碱减量水洗水一起排入水洗水调节池（3），分类收集，分质处理。
3.根据权利要求1所述碱减量废水分质处理装置，其特征在于，所述碱液再生水池（14）与中和池（11）之间管道连接，利用回收碱液中和。
4.一种碱减量废水分质处理方法，包括以下步骤：
1）将碱减量浓碱水排入浓碱水调节池（1），在浓碱水调节池（1）中进行初步调节后，再泵入电渗析反应器（4）的淡化室，将自来水泵入电渗析反应器（4）的浓缩室，极水在极室内循环；
2）电渗析反应器（4）的淡化室出水和碱减量水洗水排入水洗水调节池（3）；浓缩室出水排入碱液再生水池（14）回用于生产；
3）水洗水调节池（3）的污水排入酸析池（9），向酸析池（9）投加浓硫酸和醋酸，在酸析池（9）搅拌反应2h；
4）酸析池（9）反应后的混合物泵入板框压滤机（10），滤液排入中和池（11），滤渣回收；
5）中和池（11）投加再生碱调节pH为6~8后出水进入ABR池（12）；
6）ABR池（12）出水进入接触氧化池（13），氧化分解剩余有机物，处理出水达标外排至污水管网。
5.根据权利要求4所述碱减量废水分质处理方法，其特征在于，电渗析反应器（4）中有间隔设置的阴膜（5）和阳膜（6），每一膜对电压2~3V，碱减量浓碱水在淡化室中的水力停留时间为10~12h，淡化室出水电导率控制在12000~15000uS/cm。
6.根据权利要求4所述碱减量废水分质处理方法，其特征在于，所述酸析池（9）为二段式中和池，第一段投加浓硫酸调节pH到7~8，第二段投加醋酸调节pH到3.5~4.2。
7.根据权利要求4所述碱减量废水分质处理方法，其特征在于，所述板框压滤机（10）的滤布为涤纶布，污泥脱水螺杆泵出口压力为0.6Mpa。
8.根据权利要求4所述碱减量废水分质处理方法，其特征在于，所述酸析池（9）中用搅拌机搅拌，转速控制为60~83rpm，所述ABR池（12）和接触氧化池（13）水力停留时间分别为8~12h和2h。
9.根据权利要求4所述碱减量废水分质处理方法，其特征在于，所述浓碱水调节池（1）中进行水质和水量的调节。
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