高效低成本电生化膜深度处理印染废水示范工程
纺织印染行业生产废水具有水量大、高盐分、高COD、处理困难等诸多特点，对大部分企业进行实际水质检测的结果表明，经处理后达到排放标准的染色废水尾水，由于含有染料、表面活性剂、胶质、软水剂、退浆废水、碱减量废水等的各类无机、有机残余物，水中含盐量往往达到1 000 mg/L以上，总硬度也远高于150 mg/L，而且均是用普通的石灰法等难以去除的永久硬度［1～3］，因此即使生化处理后通过常规加药能去除大部分色度，如未经脱盐处理，也不可能满足现代印染工艺用水水质要求，因此纺织印染废水的处理首先要考虑COD、色度等的去除，然后还要经过脱盐等深度处理工艺，才能达到回用水质的要求。
现有的印染废水处理技术还不够成熟［4，5］，一般只局限于简单的处理回用和水质要求不太高的前道工序循环使用，主要原因在于膜前进水COD浓度等仍然较高，会导致膜堵塞，膜的更换使得回用水处理成本较高，致使目前印染废水回用率较低，全国平均只有7%左右，广东省2006年仅11．6%，主要还是冷却水等。
笔者开展了“磁悬浮/喷动床耦合、微电解/电氧化/Fenton反应系统集成的电氧化处理→高效生化处理→电除盐纤维膜水回收系统”集成技术创新研究，并在广东省东莞市某纺织厂建立了3 000 m3/示范工程。该系统采用电除盐系统代替目前常用的RO膜除盐，解决了脱盐工序膜堵塞的难题，且降低了脱盐工序对进水水质的要求。该技术应用于纺织印染企业，可将外排污染物总量减少1/3以上，废水回用率达90%以上。该系统采用电氧化和电除盐技术构成一个电生化膜系统，简称EBM工艺，已申请专利(申请号:200810198618．8)。
1·原水水质、水量及排放标准
示范工程设计处理水量为3 000 m3/d。原水水质及设计出水水质如表1所示。
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处理后出水水质需达到《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923—2005)和《循环冷却水用再生水水质标准》(HG/T 3923—2007)，且水回用率要达到90%以上。
2·处理工艺流程
该系统工艺流程分两段:上段是补充河水处理工段，补充河水为东莞市河水，为地表Ⅴ类水;下段是3 000 m3/d废水处理工段。
其中的1 200 m3/d废水经集成电氧化系统、高效生化系统、斜板澄清处理后，直接和补充水混合，经物化处理后进入厂内现有离子交换塔软化，软化水用于染色。
其中的1 800 m3/d废水经集成电氧化系统、高效生化系统、斜板澄清处理后，再经过电除盐，出水(1 260 m3/d)用于漂洗。
将540 m3/d电除盐浓水、255 m3/d离子交换再生洗水和62 m3/d锅炉排污的高硬度水一起集中到2台20 t锅炉除尘喷淋脱硫系统用作喷淋水，蒸发375 m3/d，剩余482 m3/d进入原有旧生化池处理后，取300 m3/d回用于冲厕所、洗地板、浇花等。废水循环利用率为93．9%。工艺流程见图1。
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2.1电氧化系统的设计与优化
电氧化系统采用磁悬浮/喷动床耦合技术、微电解/电氧化/Fenton反应系统集成技术。工艺流程如图2所示。
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微电解处理设备为采用电脉冲磁悬浮/喷动床技术耦合的圆柱形塔，高约3 m，直径为1．5 m，在塔中心放置300 m、高为1．5 m的塑料筒，在筒外缠绕铜线圈，筒里放置高约1 m、具有高电位差的铁铝合金熔合铜铬等催化剂经高温微孔活化而成的填料，填料直径约1 mm。采用电脉冲和脉冲进水方式，通电时，铜线圈产生的磁力使填料上浮，结合脉冲进水的上冲力，使填料处于流化状态，能有效地防止填料板结及失效，大大提高了微电解的效率，并因采用脉冲运行而使动力能耗大大减小。
电氧化设备为圆柱体，高约3 m，直径为1．5m，在内部放置钛涂钌/铁复合电极板，一般0．5 m2电极板/m3水，电流密度为300 A/m2。电氧化过程中的氧化作用可以分为直接氧化和间接氧化，直接氧化使污染物直接在阳极失去电子而发生氧化，间接氧化则利用溶液中的电极电势较低的阴离子(例如OH－、Cl－)在阳极失去电子生成新的较强的氧化剂的活性物质［·OH］、［O］、［Cl2］等，使污染物失去电子，起氧化分解作用，以降低废水中的BOD5、COD、NH3－N等。钛涂钌/铁复合电极基本不发生磨损，使用寿命长，效率高。
Fenton反应在电氧化槽内就已发生，但在偏碱性环境中反应速度慢，经过澄清的上清液中仍然含有Fe2+，在这里输入微波催化，停留一段时间，Fen-ton反应继续进行，而且反应加速，效率更高。
集成微电解/电氧化/Fenton反应的处理系统，经济、实用、安全，设计结构紧凑，便于安装和操作，具有足够的电氧化电压差、电流，并设有氧化还原电位仪，根据水质情况自动调节相应的工作电压，确保将大分子有机物、环状化合物降解为直链小分子化合物，提高可生化性。此电化学集成系统能够一次性实现65%的COD去除率、70%的色度去除率、60%的氨氮去除率，极大地提高了废水的可生化性，降低废水处理的有机负荷。
2.2高效生化系统的设计
高效生化系统包括延时厌氧、短程好氧、电絮凝反应、斜板澄清四个工段。工艺流程见图3。
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延时厌氧是将厌氧时间延长到16～48 h，同时在厌氧池巧妙设计生物填料及水流分布，形成均匀推流式水力条件，驯化优势菌种，从而加快生物还原过程，其最大优点是脱色性能好、能耗低。
短程好氧是将好氧时间缩短为4～6 h，可降低风机能耗，大大降低生物负荷，同时根据情况选用空气或富氧曝气。
电絮凝反应采用Fe、Al电极，产生铁、铝絮凝体，既可有效絮凝悬浮物，又有新生态的Fe、Al产生，脱色、氧化功能强，根据相应的氧化还原电位自动调节电压、电流值，保证新生态Fe、Al不过量。斜板澄清技术结合自来水行业最成熟先进的池型结构和水力条件，采用斜板澄清池强化澄清效果，以提高后续电除盐系统的稳定性。
生化池采用延时厌氧、短程好氧工艺，出水COD＜50 mg/L，色度＜10倍，SS＜10 mg/L。
2.3电除盐系统的设计
传统工艺采用RO膜回收水，本项目采用电除盐系统，包括砂滤、纤维过滤、电除盐系统。由于电除盐系统所要求的进水水质比RO进水低很多，因此只要经过砂、纤维过滤就可以达到要求，而不会出现RO膜的堵塞问题。
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电除盐系统在直流电场的作用下，利用选择性透过膜形成淡水和浓水，有效脱盐，使产水的COD、总含盐量、色度保持在一个合理水平。通过对直流电源及主体设备的改进，既保证了系统正常运行，又保证了染色、漂洗用水水质，而且运行费用仅为RO系统的50%。
通过电脱盐工段后，出水COD＜30 mg/L，TDS＜100 mg/L，色度＜4倍，SS＜2 mg/L，浊度＜1NTU，硬度＜10 mg/L，Cl－＜30 mg/L。
2.4集成电气控制系统的设计
电气系统由PLC控制，采用高亮度LED监视器，使用方便的操作面板，控制系统与现场水位通过液位器、ORP等来传递，保证系统稳定、可靠运行。
3·废水处理效果
电生化膜(EBM)系统各段处理效果见表2。
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4·成本分析
传统生化工艺一般通过增大好氧池(即曝气池)、强烈曝气来脱除色度和COD，污泥回流量大，基建和运行费用很高，因为考虑占地面积问题，厌氧池设计很小，厌氧停留时间很短，有的就将调节池作为厌氧池，忽略了厌氧池的功效，出水COD一般为100 mg/L左右，色度为300倍［5，6］。本系统采用电氧化、延时厌氧、短程好氧工艺，基建和运行费用是传统工艺费用的50%。由于印染废水水质波动极大，电氧化工序的增加有效降低了生化池的负荷，提高了系统的可靠性，本系统可以做到出水COD＜60mg/L，色度＜100倍，运行稳定。
回用工艺中，传统工艺一般采用RO膜回收水［7］，RO膜对进水水质要求条件较高，要求COD＜15 mg/L，SDI＜5，浊度＜1 NTU，余氯＜0．1 mg/L，且不含其他氧化剂，所以前处理工序烦琐，不但必须要增加超滤等精密过滤设备，而且要投加还原剂、软化剂等，投加的药剂最终在浓水中聚集，需要进一步处理。另外，RO系统需要高压泵输水，控制阀门多，常发生机械故障，最重要的是运行能耗高，至少2～2．5元/m3(不含人工费)。
按照100 m3/h水量计算，RO膜系统平均造价约350万元，膜成本约占40%，则RO膜要投资140万元，目前常规工艺的膜寿命为一年，则膜的损耗约2．33元/m3，整体运行费用就是4．33～4．83元/m3，膜的清洗费用还没有计算在内。而本系统采用电除盐系统，对进水水质的要求比RO低很多(COD＜60mg/L，SDI＜20，浊度＜3 NTU，余氯＜1 mg/L)，所以对前处理要求就不是很严格，通常只要经砂、纤维过滤后就可直接进电除盐系统，前处理系统在能耗方面就节省1/3，电除盐常规输水泵就可以满足要求，运行能耗又降低2/3，约0．8元/m3(不含人工费)。若按照100 m3/h计算，电除盐膜系统平均造价为200万元，膜成本约占40%，则膜要投资80万元，由于进水水质的改善，膜的使用寿命可延长至2年以上，以2年计算，膜的折旧费约为0．67元/m3，整体运行费用只有1．47元/m3，污水处理成本降低1/2以上。
5·结论
采用电生化技术和电除盐技术处理纺织印染废水，电生化出水COD＜60 mg/L，符合电除盐膜的进水水质要求，电除盐系统本身设置自动倒电极，浓水室和淡水室交替变换，有效降低了污染物的停留时间，消除了污染物的滋长可能性，所以电除盐系统能保证稳定运行3年以上，而且电除盐膜清洗简单，只要3%～5%的盐酸即可，清洗药剂费用比RO膜低很多，清洗频率比RO膜系统小。因此，本系统能有效解决膜堵塞的问题，且整体运行费用降低，水回用率达90%以上。
参考文献:
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