纺织工业废水排放量占工业废水排放总量的11.6%, COD排放量占总COD排放量的10.2%, 均位居各工业行业的第3位。染整加工是纺织工业产业链中高技术含量环节之一, 但同时也是污染最重的环节, 其废水排放量占纺织工业总排放量的80%^[1,2]。其中退浆废水产生的COD负荷量约占印染废水COD总量的50%。由于PVA具有良好的黏附性、浆膜强韧性和耐磨性, 在纺织工业中得到广泛应用, 废水中大量的污染物来源于浆纱过程中所用的浆料, 主要为聚乙烯醇 (PVA) 浆料^[3]。PVA退浆印染废水具有水质和水量变化大、有机物浓度高、pH高、可生化性差 (B/C小于0.1) 等特点, 属难降解工业废水^[4~6]。

　　 目前普遍采用絮凝微滤^[7]、铁炭微电解^[8]、光/电Fenton^[9]、混凝沉淀-活性污泥法^[10]、膜过滤法^[11,12]、厌氧 (水解) 法^[13,14]。其中, 生物法是当前最经济高效的技术之一, 本工作以某印染企业退浆印染废水处理工程为例, 研究了初沉池—调节池—厌氧池—A/O (PACT) —二沉池—混凝沉淀池—臭氧氧化池—曝气生物滤池—滤布滤池组合工艺对常规污染物和特征污染物的去除, 以期为印染行业节能减排和可持续发展提供工程设计参考。

　　 江苏省某棉印染公司主要生产各类染色布和漂白布, 包括全棉、CVC、T/C、氨纶弹力织物。组织有平纹、斜纹、缎纹、小提花、大提花等。整理方式有柔软、仿丝绸、磨毛、常规免烫、潮交联、三防、抗紫外、抗菌防臭、液氨加工和轧光等。公司拥有烧毛机、退浆机、冷堆机等先进设备, 年产染色、漂白布6 000万m。

　　 企业产生的废水分为高浓度废水和低浓度废水。其中高浓度废水主要来自浆纱、退浆、煮练工段, 水量约1 500m³/d, 由于使用浆料成分变化, 特别是近年来随着高细密织物要求的提高, 为了提高织机效率, 使用了大量含PVA的浆料, PVA上浆性能好但由于分子质量大, 难生物降解, 因此其可生化性差;低浓度废水主要来自染色、水洗、后处理、丝光工段及部分生活污水, 水量约10 000m³/d, 可生化性一般, 污染物主要来自染色过程中的染料、盐、助剂类。

　　 工程设计进出水水质见表1。

　　 高浓度退浆废水预处理工艺采用pH调节池—初沉池—调节池—厌氧组合工艺。经预处理后的退浆废水再与其他低浓度废水混合后进入生化处理系统。混合废水处理工艺采用初沉池—调节池—厌氧池—A/O (PACT) —二沉池—混凝沉淀池—臭氧氧化池—曝气生物滤池—滤布滤池的组合工艺对其进行处理。图1为废水处理工艺流程。

　　 (1) 1#初沉池。以退浆废水为主的高浓度废水经过pH调节后进入1#初沉池。为了进一步去除悬浮物, 拟在废水进入各个初沉池前设机械格栅一道, 以拦截悬浮物, 避免堵塞水泵等机械设备。尺寸:5m×10m×5.2 m。设有机械格栅1台, N=0.75kW。pH自动控制系统1套, 加药系统1套, N=1.5 kW, 桁车式刮泥机1套, 污泥泵2台 (1用1备) 。

　　 (2) 1#调节池。1#调节池与1#初沉池合建, 高浓度的退浆废水经过初沉之后汇入1#调节池进行均质均量。尺寸:10m×25m×5.2m。设有污水提升泵2台, N=7.5kW。液位控制系统1套, 曝气系统1套。

　　 (3) 1#UASB池。由于高浓度废水有机物浓度高, 含有大量PVA, 采用UASB结构与折流板形式相结合的厌氧反应器可以破坏PVA结构, 去除有机物, 提高出水B/C。尺寸:35 m×30 m×12 m。设有穿孔管布水系统2套, 出水堰板2套, 集气系统 (含导气管) 1套。

　　 (4) 2#初沉池。低浓度废水经过pH调节后进入2#初沉池。在废水进入初沉池前, 同样设置机械格栅, 以拦截悬浮物, 避免堵塞水泵等机械设备。尺寸:10 m×30 m×5.2 m。设有机械格栅1台, N=1.1kW。pH自动控制系统1套, 桁车式刮泥机1套, 污泥泵2台。

　　 (5) 2#调节池。2#调节池与2#初沉池合建, 高浓度的退浆废水经过预处理之后与低浓度废水经过沉淀之后汇合, 进入2#调节池进行均质均量。尺寸:20m×30 m×5.2 m。设有污水提升泵2台 (1用1备) , N=37kW。液位控制系统1套, 曝气系统2套, 离心鼓风机1台。

　　 (6) 2#UASB池。采用UASB+折流板组合厌氧反应器进一步处理废水, 去除有机物, 提高出水B/C, 不设沉淀池和污泥回流, 采用封闭集气, 沼气高空排放。尺寸:37.2m×26.2m×12m。设有穿孔管布水系统2套, 出水堰板2套, 集气系统 (含导气管) 1套。

　　 (7) A/O (PACT) 池。采用活性污泥法。缺氧区设有潜水搅拌机及穿孔管曝气系统, 控制溶解氧低于0.5mg/L。好氧区内设有微孔曝气系统, 控制溶解氧在1~3 mg/L。内回流比为50%~100%。尺寸:71.35m×46.85 m×6.0 m。设有离心鼓风机2台 (1用1备) 。潜水搅拌机8台。内回流泵4台 (2用2备) 。穿孔管曝气2套, 管膜式微孔曝气系统2套, 便携式溶氧仪1套。

　　 (8) 二沉池。二沉池采用中心进水周边出水辐流式沉淀池。表面水力负荷q=0.778m³/ (m²·h) 。污泥回流比为50%~100%, 剩余污泥排放至A/O (PACT) 中。废水经二沉池处理后, 出水自流入后续的混凝反应沉淀池。尺寸:28.0 m×4.5 m。设有周边传动全桥式刮泥机1台。污泥回流泵3台 (2用1备) 。出水三角堰及浮渣挡板1套。

　　 (9) 混凝反应池。混凝沉淀池分反应区和沉淀区。反应区与一期工程共用。设计尺寸规格:L×B×H=10.8m×6.0m×4.5m, 有效水深4m。总水力停留时间为17.3min。废水与混凝剂的混合, 采用气搅与机械搅拌相结合的方式。尺寸:6.0 m×6.0m×4.0 m。设有PAC加药装置1套, N=1.5kW。PAM加药装置1套, N=1.5kW。脱色剂加药装置1套N=1.5kW。穿孔管曝气搅拌系统2套;快速搅拌机1台, N=3kW;慢速搅拌机3台, 单机功率N=1.1kW。

　　 (10) 混凝沉淀池。沉淀区采用辐流式沉淀池, 进出水方式为中心进水, 周边出水。进水由混凝反应区流入, 出水至排放口。池体尺寸为28 m×4.5m, 有效水深4m。表面负荷为0.778m³/ (m²·h) 。尺寸:28.0 m×4.5 m。设有周边传动半桥式刮泥机1台, N=0.55kW。

　　 (11) 臭氧氧化池。用臭氧作氧化剂对废水进行深度净化, 为曝气生物滤池提供基础。尺寸:13.35m×27.55 m×9 m。设有臭氧发生器3套, 投加及曝气搅拌系统1套。

　　 (12) BAF池。生物氧化和截留悬浮固体, 去除废水中COD、色度、硝化等作用。尺寸:34 m×27.2m×6.3 m。设有布水系统、水反冲洗系统, BAF专用滤料等。

　　 (13) 终沉池。监控水质, 达标排放。设有超声波液位仪1台, COD在线监测仪1台, 氨氮在线监测仪1台, pH在线监测仪1台。

　　 (14) 污泥浓缩池。污泥浓缩池采用机械搅拌进行污泥浓缩。尺寸:15.0 m×5.0 m。设有中心传动污泥浓缩机1台, N=1.5kW。污泥螺杆泵2台 (1用1备) 。

　　 (15) 鼓风机房/配电间。配电间内设配电柜, 鼓风机房内设罗茨鼓风机, 鼓风机设置进口过滤网、消声器。尺寸:36 m×10 m。设有鼓风机3台 (2用1备) 。

　　 (16) 污泥脱水间。内设板框压滤机, 进行污泥脱水。1间, 尺寸:29 m×10 m。设有带式压滤机1台, 带宽2 000 mm, 含污泥反应罐、加药系统、空压机、污泥泵、反冲泵、电控柜等附属设备, N=4.4kW。絮凝剂配投装置JY1000, N=2.2kW。无轴螺旋输送机2台。

　　 由表2可知, 环保验收工程的出水水质COD、色度、氨氮、总氮、总磷指标达到《纺织染整工业水污染物排放标准》 (GB 4287-2012) 。COD、色度、氨氮、总氮、总磷平均总去除率分别97.1%、95.0%、97.1%、71.3%及92.1%。

　　 为进一步研究有机物降解规律, 对印染废水原水及系统各处理工段废水进行了GC-MS测试。有机物在GC-MS测试中的总离子流谱如图2所示, 数据库分析得到的有机物见表3。

　　 GC-MS结果显示, 1#调节池 (高浓度废水) 中共19种有机物, 包括4种醇、5种醚、1种酸、8种烷烃、1种有机硫化物。2#调节池 (综合废水) :共17种有机物, 包括8种脂、5种醇、2种酸、1种卤代烷烃、1种酰胺。经过2#组合厌氧池出水共21种有机物, 包括7种脂、2种醇、5种酸、1种烷烃、1种卤代烷烃、1种酮、1种酰胺、1种苯类衍生物、1种杂环化合物、1种有机硫化物。A/O (PACT) 池出水:共12种有机物, 包括4种脂、1种醇、2种酸、1种酚、1种酮、2种酰胺、1种杂环化合物。二沉池出水:共13种有机物, 包括5种脂、2种醇、4种酸、1种酮、1种酰胺。混凝沉淀池出水:共13种有机物, 包括8种烷烃、1种酮、2种酸、1种酰胺、1醇类物质。臭氧氧化池出水:共13种有机物, 包括3种脂、1种醇、1种醛、1种酸、4种烷烃、1种卤代烷烃、1种酰胺、1种烯烃。BAF出水:共11种有机物, 包括1种脂、4种醇、2种醚、2种酸、2种烷烃。

　　 这表明经2#组合厌氧池有机物浓度明显降低, 说明厌氧效果较好。然后经过A/O (PACT) 池, 有机物种类只有12种, 好氧处理也取得一定效果。臭氧氧化池出水中烷烃显著减少, 说明臭氧对小分子有机物去除效果良好。BAF出水有机物仅有11种, 脂类和烷烃类显著减少, 说明深度处理臭氧氧化和BAF组合工艺对难降解有机物有一定的去除效果。

　　 工程设计规模1.15万m³/d, 工程总投资约3 000万元。直接运行成本2.2元/m³, 其中, 电耗0.9元/m³ (以废水计, 下同) 、药耗1.2元/m³、人工0.1元/m³。

　　 工程实施后, COD、氨氮、总氮和总磷排放量每年分别减少约7 235.25t, 127.88t, 125.4t、15.26t, 大幅减少了污染物的排放量, 改善了区域水环境质量。

　　 (1) 采用初沉池—调节池—厌氧池—A/O (PACT) —二沉池—混凝沉淀池—臭氧氧化池—曝气生物滤池—滤布滤池的组合工艺对经预处理后的退浆废水和其他低浓度废水进行深度处理。COD和色度平均总去除率分别97.1%和95.0%, 各项出水指标达到《纺织染整工业水污染物排放标准》 (GB4287-2012) 。

　　 (2) GC-MS分析结果显示, 调节池中主要有机物成分复杂, 经厌氧池有机物浓度明显降低, 臭氧氧化池和BAF出水中脂类和烷烃类显著减少, 说明深度处理臭氧氧化和BAF组合工艺对难降解有机物有一定的去除效果。

　　 (3) 废水处理设计规模1.15万m³/d, 工程总投资约3 000万元, 直接运行成本2.2元/m³。每年分别减少COD、氨氮、总氮和总磷排放量分别约为7 235.25t, 127.88t, 125.4t、15.26t, 改善了区域水环境质量。