一种印染行业生化尾水毒性削减、回用系统及处理方法

摘要

本发明公开了一种印染行业生化尾水毒性削减、回用系统及处理方法，属于印染废水深度处理技术领域。本发明包括V型滤池、中间水池、磁性树脂反应器、厌氧塘、表面流湿地和生态塘，将磁性树脂反应器与生态塘、人工湿地等生态系统进行合理的组合，利用滤池过滤去除尾水中的悬浮有机物以降低浊度；利用磁性树脂吸附去除尾水中的溶解性有机污染物以降低色度和生物毒性；利用塘‑湿地‑塘组合形成交替的“厌氧‑好氧”过程以进一步降低水体中有机质、氮、磷及毒害污染物浓度，形成一套运行稳定、出水达到地表水Ⅳ类以及美国EPA废水生物毒性标准、兼具景观功能的适用于印染纺织园区生化尾水回用方法。

说明书

技术领域

本发明属于印染废水深度处理技术领域，更具体地说，涉及一种印染行业生化尾水毒性削减、回用系统及处理方法。

背景技术

印染废水因水量大、有机污染物(PVA浆料、人造丝碱解物、新型助剂等)浓度高、色度深、碱性大、水质变化大，因此可生化性低且生物毒性大，是被公认为是较难处理的工业废水之一。

目前针对印染废水的深度处理技术主要有物理法、化学法和生物法，但单一的处理工艺存在各自的缺陷，不能对全部水质指标都有很好的处理效果，往往需要不同处理方法或者不同处理单元组合才能使印染废水处理达标。如Ramakrishna等及中国专利号为CN200810195184.6的专利均公开了一种粉煤灰作为吸附剂的印染废水深度处理方法，该方法对COD和色度的去除率较高，但粉煤灰采用固定床操作模式，生化尾水中的悬浮颗粒很容易堵塞吸附材料，且吸附剂难以再生利用，处理价格昂贵。中国专利号为CN101870505B的专利描述了一种利用粉体树脂对印染废水进行深度处理的方法，该方法可以去除尾水中的有机负荷污染及色度，但对总氮、总磷及生物毒性无法有效去除。另外，混凝法也是一种应用较为广泛的印染废水处理技术，如国内学者研究了单一混凝剂、复合混凝剂(FeSO₄、MgSO₄和PAM按比例混合)、PFS与PAM复配、改性甲醛-双氰胺系列絮凝剂T5以及其与Al₂(SO₄)₃复配等混凝剂对印染废水处理效果，研究表明混凝剂对COD和色度去除效果都较好。如中国专利号为ZL201210022829.2公开的一种印染尾水深度处理回用工艺，将印染尾水与混凝剂和助凝剂充分反应，过滤沉淀后再消毒，使出水达到回用水标准。该工艺对有机物的去除效果较好，但需要投入化学药剂，若处理水量较大时，药剂使用量、反应池体占地面积均较大，且会产生大量的污泥难以处置，消毒后可吸附有机卤素浓度升高，生物毒性反而增大。化学氧化法主要是利用氯、臭氧、芬顿氧化或电催化氧化等破坏有机物结构、将大分子有机物分解成小分子有机物或无机物，以达到去除水体中有机质的目的，但若氧化不彻底将会产生二次污染物质，其毒性甚至更强，且运行成本较高，在实际运用中较少。如中国专利号为CN201510605443.8的一种印染废水深度处理及中水回用工艺，将印染废水生化出水经过气浮池去除悬浮物和部分色度、COD，然后经过臭氧池氧化去除主要的色度和COD，再经砂滤池去除悬浮杂质。该深度处理工艺需要在废水进入气浮池前先絮凝沉淀，且采用臭氧氧化成本较高、且存在水体“复色”问题，氧化产生消毒副产物后毒性反而升高。常用的生物法有SBR工艺或与其他工艺联合应用，但其对色度去除率较低。Wang等采用生物法与臭氧联合，对色度去除效果有所提升但同样存在成本、复色及毒性升高等问题。

从现有技术来看，印染废水尾水深度处理方法大多采用具有强氧化性的氧化剂将废水中难降解的大分子有机质降解为小分子有机质，或采用传统吸附、混凝法脱除色度和有机质。这些方法对印染废水具有一定的处理效果，但均只针对COD等少数化学指标的去除，未能考虑水体综合生物毒性的有效削减，且传统方法均存在运行成本较高的缺陷。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有的印染废水处理方法不能削减生物毒性、运行成本高等问题，本发明提供一种印染行业生化尾水毒性削减、回用系统及处理方法，将由磁性树脂反应器为基础的吸附单元和生态单元、过滤单元组合，形成一体化的水处理系统，实现印染废水深度处理后达到美国EPA废水生物毒性排放标准。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种印染行业生化尾水毒性削减、回用系统，包括过滤单元、吸附单元和生态单元，各单元顺序连接；

所述的过滤单元包括滤池、中间水池、反冲洗设备，滤池和中间水池设有反冲洗设备；

所述的吸附单元包括磁性树脂反应器、树脂再生反应器、脱附液处置反应器、应急水池设备，各装置之间用管道连接；

所述的生态单元包括厌氧塘、表面流湿地、生态塘，各设施间采用溢流堰连接。

更进一步地，所述的滤池为V型滤池，填料为石英砂，停留时间为40-80分钟之间。

更进一步地，所述的磁性树脂反应器集反应池与沉淀池于一体，吸附饱和的磁性树脂通过管道送至树脂再生反应器活化，经活化的新鲜树脂再通过管道输送至磁性树脂反应器，树脂再生时产生的废液通过管道送至脱附液处置反应器进行脱附液处置。

更进一步地，所采用的磁性树脂为NDMP-3树脂(国家发明专利授权号ZL201010017687.1中所给出的树脂)，最佳吸附固液比为1:(300-500)，最佳反应时间在20-40分钟之间。该种树脂具有机械强度高、吸附交换量大、抗污染能力强且成本低等优点，适用于高有机负荷污染及高色度的印染行业废水的处理。

更进一步地，所述厌氧塘的有效水深为4～5米，可维持塘底部较低的溶解氧水平，使得水体处于厌氧状态，强化微生物分解作用；泥层厚度为0.5～1.0米，可提供较高的微生物多样性。厌氧塘长宽比为(2～2.5):1，坡度为1:(2～3)，水力停留时间为20～30天。保持20天左右的水力停留时间，一方面可有效增强微生物的厌氧分解效果，使得大分子毒害有机物充分降解；另一方面控制厌氧塘中藻类的生长。

更进一步地，所述表面流湿地长宽比为3:1以上，水力停留时间是2-4天.

更进一步地，表面流湿地分为植物生长区域和开放水域，且植物生长区域与开放水域面积比为1:1，在保持一定生物量的同时，可以保证湿地区域的通风复氧效果。植物生长区水深为0.3～0.5米，开放水域水深比植物生长区域水深大0.5-1.0米；通过水深控制植物区挺水植物的疯长及窜长。植物生长区域内种植芦苇、香蒲，对污染物净化效果好、适应性较强。芦苇和香蒲根系发达，抗倒伏能力强，生物量较高，可通过植物收割有效去除水体中有机物及氮磷含量。

更进一步地，所述生态塘的长宽比为3:1以上，水力停留时间为5-10天，有效水深为1.0～2.5米，坡度为1:(2～3)。

更进一步地，所述溢流堰采用石块堆叠设计，跌水高度0.5-1米，坡度为1:(2～3)。

一种印染行业生化尾水毒性削减及回用方法，采用上述的一种印染行业生化尾水毒性削减、回用系统，处理步骤为：

(1)污水处理厂印染尾水由进水管道经V型滤池进水阀和方孔进入滤池，经均质滤料层过滤的滤后水经出水渠流入中间水池；

(2)尾水在中间水池进一步沉淀，去除部分杂质和絮体，出水经中间水池出水口进入磁性树脂反应器；

(3)步骤(2)中的出水在树脂反应器内与磁性树脂充分接触反应，出水经管道流入厌氧塘；

(4)尾水在厌氧塘内停留足够时间后经溢流堰，流入表面流湿地；

(5)尾水在表面流湿地内与土壤基质、水生植物接触反应一段时间后经溢流堰流入生态塘；

(6)尾水在生态塘内经水生生物的净化吸收，出水排放或回用。

本发明的原理：本发明采用的磁性丙烯酸系强碱性阴离子交换树脂因含有季铵盐结构而带有正电荷，树脂上的离子交换基团与印染废水生化尾水中具有阴离子交换基团的毒害有机物、发色物质及其他无机物通过离子交换作用、静电作用吸附、氢键作用、π-π作用等及其他作用，实现去除废水中多种污染物及生物毒性的目的。同时，吸附饱和的树脂可通过饱和食盐水进行再生，循环利用。采用塘—湿地交错，厌氧—好氧交替的组合工艺，利用厌氧塘进一步降解大分子毒害有机物，生成的小分子有机物在后续的表面流人工湿地处理过程中，通过曝气富氧、植物吸收、土壤吸附等作用降解，同时对氮磷等进行去除。生态塘工艺可进一步对水体进行活化复氧，削减水体生物毒性，最终使得处理后废水达到美国EPA废水生物毒性排放标准。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明工艺涉及到的磁性树脂工艺可实现操作自动化，树脂可再生后循环利用，生态工艺主要依靠生态系统的自净作用，无动力或微动力运行，运行成本较低；

(2)本发明集成了磁性树脂技术与生态净化技术的优势，实现了同步脱色、除浊、脱氮除磷、降解有机负荷污染，从而实现了印染废水综合生物毒性的有效削减；

(3)本发明解决了以往工艺仅能去除单个或较少指标的问题，与传统单一的生态技术相比，本发明将厌氧塘-表面流湿地-生态塘进行有机组合，作为磁性树脂工艺的后续工艺，构成多级厌氧-好氧处理过程，有效提高了尾水的可生化性，逐步去除尾水中的污染物及生物毒性；

(4)本发明在生态净化工艺前端采用树脂吸附工艺，可大大降低印染废水的毒性，降低后续生态工艺的生态风险和净化压力，且塘-湿地-塘交错组合加上溢流堰自然跌水曝气可建成具有景观功能的湿地公园，处理后的水可以补充景观用水，满足地方节能减排的需要。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

某印染纺织园区废水处理规模为6000吨/天，经传统生化工艺处理后出水COD浓度80-100mg/L，氨氮浓度3-5mg/L，总氮浓度1.0-5.0mg/L，总磷浓度0.3-1.0mg/L，如图1所示，采用一种印染行业生化尾水毒性削减、回用系统对废水进行深度处理，其采用的处理装置包括V型滤池(2座，长5.5米×宽3.5米×高4.0米)、中间水池(1座，长11.0米×宽5.5米×高4.0米)、磁性树脂反应器(1座，直径5.0米×高8.0米)、厌氧塘(1座，长295米×宽72米×高5米)、表面流湿地(2座，长180米×宽85米×高1.5米)和生态塘(1座，长120米×宽60米×高2米)及溢流堰(溢流堰采用石块堆叠设计，外坡坡度1:3，内坡坡度1:2，跌水高度1.0米)、再生装置(2座，直径2.5米×高2.8米)、脱附液处置装置(1座，直径3.13米×高4.36米)等附属设施。其中V型滤池、中间水池、磁性树脂反应器依次用管道连接，厌氧塘、表面流湿地和生态塘采用溢流堰连接。其中采用磁性树脂为NDMP-3树脂(中国发明专利号ZL201010017687.1的实施例1所给出的树脂)，磁性树脂反应器采用机械搅拌式(中国发明专利号ZL201110125912.8的实施例1所给出的磁性树脂反应器)，树脂投加量与处理水量比在夏秋季节为1:500，冬春季节为1:400，树脂反应器停留时间为20min，滤池填料为石英砂。生态处理工艺单元占地面积100亩厌氧塘泥层厚度为1.0米，水力停留时间为20天。表面流湿地水力停留时间是2天，种植植物为芦苇，植物生长区域与开放水域面积比为1:1，植物生长区水深为0.5米，开放水域有效水深比植物生长区域深1.0米。生态塘水力停留时间为5天，有效水深为2.0米，生态模块溢流堰采用石块堆叠设计。

采用上述的一种印染行业生化尾水毒性削减、回用系统对印染行业生化尾水进行处理，削减废水的毒性，并对废水进行回用，其操作步骤为：

(1)污水处理厂印染尾水由进水管道经V形滤池进水阀和方孔进入滤池，去除常规处理工艺混凝沉淀后的残留絮体和杂质，经均质滤料层过滤的滤后水通过出水渠流入中间水池；中间水池停留约60分钟，起到二次沉淀的作用，出水经出水口进入磁性树脂反应器；

(2)经过滤的滤后水在树脂反应器内与磁性树脂接触反应20分钟，沉淀后的上清水经管道流入厌氧塘；

(3)尾水在厌氧塘内停留时间为20天，依靠厌氧微生物代谢功能，大分子有机物得以降解，处理后的尾水经溢流堰的跌水增氧，流入表面流湿地；

(4)尾水在表面流湿地内停留2天，污染物在湿地内的水生植物-微生物-土壤的协同作用下得到净化，处理后的尾水经溢流堰的跌水增氧，流入生态塘；

(5)尾水在生态塘内停留5天，塘内微生物-水生植物-水生动物构成了复杂的食物链系统，其对尾水中有机物、氮、磷等作进一步降解、吸附、吸收处理。印染废水生化尾水经过滤、树脂吸附、生态净化后出水符合地表水Ⅳ类水及美国EPA废水生物毒性排放标准，能正常排入自然水体或回用。具体各工段不同季节去除效果如下表所示：

表1废水处理效果

实施例2

某纺织印染园区日污水产生量为3000吨，经传统生化工艺处理后出水COD浓度95-140mg/L，氨氮浓度2-4mg/L，总氮浓度5-10mg/L，总磷浓度0.5-1.5mg/L。处理方法步骤与实施例1基本相同，区别为：所述的树脂反应器采用了的是水力循环式搅拌方式(中国发明专利号ZL201110127627.X的实施例1所给出的磁性树脂反应器)，水力停留时间为40分钟，全年树脂投加量与处理水量比为1:300。采用的处理装置包括V型滤池(2座，长4.0米×宽2.8米×高3.5米)、中间水池(1座，长6.0米×宽3.5米×高4.0米)、磁性树脂反应器(1座，长3.5米×宽3.5米×高7.0米)、厌氧塘(1座，长208米×宽50米×高5米)、表面流湿地(1座，长150米×宽45米×高1.8米)和生态塘(1座，长150米×宽40米×高2米)及溢流堰(外坡坡度1:3，内坡坡度1:2，跌水高度1.0米)、再生装置(2座，直径2.0米×高2.5米)、脱附液处置装置(1座，直径2.56米×高3.58米)等附属设施。厌氧塘、表面流湿地、生态塘的水力停留时间分别为25天、4天、8天。经处理后，出水色度从45降至10、生物毒性从28.5TUa降至<1TUa、COD从128mg/L降至25mg/L、SS从105mg/L降至28mg/L、NH₄⁺-N从3.068mg/L降至1.214、TN从5.65mg/L降至1.47mg/L、TP从1.31mg/L降至0.27mg/L。印染废水生化尾水经处理后出水符合地表水Ⅳ类水及美国EPA废水生物毒性排放标准，能正常排入自然水体或回用。

实施例3

某纺织印染园区日污水产生量为5000吨，经传统生化工艺处理后出水COD浓度75-100mg/L，氨氮浓度2-5mg/L，总氮浓度1.0-4.5mg/L，总磷浓度0.5-1.0mg/L。处理方法步骤与实施例1基本相同，区别为：所述的树脂反应器水力停留时间为30分钟，树脂投加量与处理水量比为1:300。采用的处理装置包括V型滤池(1座，长7.5米×宽4.0米×高4.5米)、中间水池(1座，长10.0米×宽4.5米×高4.5米)、磁性树脂反应器(1座，直径6.0米×高6.0米)、厌氧塘(1座，长252米×宽68米×高4.5米)、表面流湿地(3座，长150米×宽46米×高2.0米)和生态塘(1座，长135米×宽40米×高2.5米)及溢流堰(外坡坡度1:3，内坡坡度1:3，跌水高度1.0米)、再生装置(2座，直径2.5米×高2.5米)、脱附液处置装置(1座，直径2.81米×高4.50米)等附属设施。厌氧塘、表面流湿地、生态塘的水力停留时间分别为30天、3天、10天。经处理后，出水色度从38降至5、生物毒性从19.2TUa降至<1TUa、COD从78mg/L降至15mg/L、SS从52mg/L降至10mg/L、NH₄⁺-N从2.574mg/L降至0.612、TN从3.31mg/L降至1.07mg/L、TP从0.42mg/L降至0.21mg/L。印染废水生化尾水经处理后出水符合地表水Ⅳ类水及美国EPA废水生物毒性排放标准，能正常排入自然水体或回用。