印染洗涤回用水的盐度积累模型

                               （东华大学环境科学与工程学院，上海２０１６００）

         摘要：基于印染企业回用污水工程实例，对轻度污染的印染洗涤废水进行分流处理回用，建立了回用水的盐度积累模型，证明了该模型的收敛性与正确性，并求取其极限值。通过对回用水中的盐类进行质量衡算，并分析盐度积累模型中盐度极限与回用率之间的关系，表明回用水中，盐的积累有规律可循，且存在着积累的极限，其极限值与回用率η成正相关关系。

         关键词：染整；废水处理；盐度积累模型；极限；回用率

         中图分类号：ＴＳ１９９　　　文献标识码：Ｂ　　　文章编号：１０００－４０１７（２００７）１２－００２９－０３

１　试验

         印染废水回用工程概况印染加工中，漂白、煮练和染色工序用水少，但排水水质污染严重；而洗涤环节用水量大，排水水质污染程度较轻，有处理回用的潜力。

         据此，本项目提出分流处理印染污水并回用的节水方案：分流污染程度较重的漂白、煮练、染色和初洗工序的出水，排至综合污水厂处理后达标排放；收纳污染程度较轻的续洗污水，经处理净化后回用于生产。

         在实验室小试基础上，宁波象山某针织印染公司建立了一个规模为３００ｍ３／ｄ的试验污水厂，对印染生产过程中污染程度较轻的污水进行处理后回用。回用过程中，部分碱和盐会在回用系统中积累，若含量较高，将影响印染质量。因此，在研究处理回用工艺时，分析控制回用水中盐和碱的含量，是一项重要内容。本项目就盐类的积累规律进行详细的分析，并提出控制回用系统盐度积累的措施。

１．１　生产工艺、用水情况及分流方案

         采用三台０．３ｔ的常压染色机进行回用试验，编号Ａ１、Ａ２、Ａ３。每缸布的煮漂和染色均在一台机器内完成，染色机每天生产情况为：浴比１∶１０、１８道水／缸布、４缸布／天，则每台染色机每天的用水量为：０．３×１０×１８×４＝２１６ｍ３／ｄ，３台染色机用水为６４８ｍ３／ｄ。

         每缸布的１８道用水中，１～６道为煮漂用水，７～１８道为染色用水。其中，第１道水用于煮练，第２道水用于煮练后的初次洗涤，两者均含有大量的烧碱和双氧水，ｐＨ值高、氧化能力强，污染严重；第７道水用于织物染色，第８、９道水用于染色后的初步洗涤，三者均含有大量的染料、硫酸钠和碳酸钠，盐度、色度大，ＣＯＤ含量和ｐＨ值高。所以第１、２、７、８、９这五道水不适合回用，排到综合污水厂处理，而不进入回用污水厂。其它十三道水均用于后续洗涤布料，污染程度低，处理后可回用到印染生产中。

１．２　回用污水处理工艺

         从处理出水回用于生产的要求出发，采用二级生物处理＋深度处理的工艺，并对常规的二级生物处理（厌氧＋好氧）做了针对性的改进，即将水解酸化池和接触氧化池各分为两段。

①调节池

         该企业布匹染色生产周期为５～６ｈ，生产排水间歇进行，设置调节池，能有效地调节污水水质和水量，并加入适量硫酸调节ｐＨ值。

②水解酸化池

         本工艺将水解酸化池分为Ａ１、Ａ２两段，营造两种兼性的厌氧环境。来自调节池的印染污水先进入Ａ１进行水解酸化预作用，一定程度减低污水的毒性，为Ａ２段作准备；Ａ２段是水解酸化主作用单元，可有效地改善污水的可生物降解性能（Ｂ／Ｃ）。两段都装有填料，能截流污泥，保证池内的污泥浓度。

③接触氧化池

         本工艺将接触氧化池分为０１、０２两段，营造两种不同的好氧环境，利用不同生长阶段的好氧微生物除去污水中的有机物。０１段作为除去有机物（ＣＯＤ）主要单元，该段出水的ＣＯＤ含量已经低于１００ｍｇ／Ｌ；０２段起延时曝气作用，以进一步减少水中有机物含量，并促进污泥自消化，实现污泥减量化。

④曝气生物滤池

          该滤池设置在二次沉淀池后面，起到深度处理作用，进一步降低水中的污染物，以符合回用水标准。

⑤复合反应器

          这是一个由煤渣和石英砂作滤料的过滤器。

          另外，污泥处理系统采用浓缩压滤方案，滤渣送到锅炉间焚烧。

          系统培菌调试后，正常运行半年，出水水质达到拟定的回用水标准。处理出水回用于布料染色生产，产品经检验，一次合格率在９９％以上。回用污水厂进水、出水水质对照，如表１所示。

１．３　用水质量衡算

          在回用系统启动前，三台染色机均采用自来水进行生产，用水量为６４８ｍ３／ｄ；回用后，Ａ１、Ａ２两台设备专门使用回用水，Ａ３使用自来水。染色生产均使用自来水６４８ｍ３／ｄ，排出１８０ｍ３／ｄ（２７％）重度污染水以及３６ｍ３／ｄ剩余污泥，则回用水量为４３２ｍ３／ｄ，需要补充的自来水为：１８０＋３６＝２１６ｍ３／ｄ。

２　盐度积累模型及模型极限

２．１　盐度积累概况

         煮漂及染色过程中投加的大量碱和盐类，如烧碱、纯碱和硫酸钠等，经分流后大部分随浓液排走，但仍有少量残留进入回用水系统。在调节池中加入适量硫酸中和后，这类物质最终转化成硫酸钠形式。为简化计算过程，把这些碱和盐类折合成硫酸钠进行计算分析。

         设水中Ｎａ２ＳＯ４浓度为４０ｇ／Ｌ，残留率为１０％，则每台机器、每个生产周期进入调节池的初始水量：

         ３ｍ３×１３道水＝３９ｍ３

         残留盐量：４０ｇ／Ｌ×３ｍ３×１０％＝１２０００ｇ

         调节池中硫酸钠浓度：１２０００ｇ／３９ｍ３＝３０８ｍｇ／Ｌ

         可以认为每回用一次，获得３０８ｍｇ／Ｌ的外加盐量（不等于调节池中的盐度，因为有自来水掺入）。由于Ａ３始终使用自来水，其单个生产周期混合洗涤污水盐度始终为３０８ｍｇ／Ｌ，不会随回用次数增加而增加，而Ａ１、Ａ２的出水则会在一定范围内累积盐度。

２．２　盐类浓度积累模型进入调节池的水量、水质关系

         三台染色机出水经分流后，污染程度较轻的洗涤污水进入回用污水厂，其中Ｖ＝１５６ｍ３／ｄ，首次收集的污水尚未参与回用，此时调节池中硫酸钠的混合浓度为３０８ｍｇ／Ｌ。

         第一次回用后调节池硫酸钠的混合浓度为：

         Ｃ１＝［２×（３０８＋３０８）＋３０８］／３＝５１３ｍｇ／Ｌ

         第二次回用后调节池硫酸钠的混合浓度为：

         Ｃ２＝［２×（５１３＋３０８）＋３０８］／３＝６５０ｍｇ／Ｌ

         依次类推，回用（ｎ＋１）次后调节池中盐类浓度为：

         Ｃｎ＋１＝［２×（Ｃｎ＋３０８）＋３０８］／３＝３０８＋２／３Ｃｎ

         Ｃｎ———回用ｎ次后调节池中盐类浓度，ｍｇ／Ｌ

         现知，Ｃ０＝３０８ｍｇ／Ｌ，ｎ＝１、２、……，证明ｌｉｍＣｎ的存在及求该极限值：

         ①有界性

         已知Ｃ１＝５１３，Ｃ２＝３０８＋２／３Ｃ１＝３０８＋２／３×５１３＝６５０，有５１３＜Ｃ２＜９２４；

         假设５１３＜Ｃｎ＜９２４，又因Ｃｎ＋１＝３０８＋２／３Ｃｎ，有５１３＜Ｃｎ＋１＜９２４；

         知Ｃｎ＋１有界。

         ②单调性

         Ｃｎ＋１／Ｃｎ＝（３０８＋２／３Ｃｎ）／Ｃｎ＝３０８／Ｃｎ＋２／３

          由于５１３＜Ｃｎ＜９２４，有３０８／Ｃｎ＞１／３，

          有Ｃｎ＋１／Ｃｎ＞１，知Ｃｎ为单调增函数，

          Ｃｎ为单调有界数列，其极限ｌｉｍＣｎ存在

          ③求取ｌｉｍＣｎ

           设ｌｉｍＣｎ＝Ａ，则有

           ｌｉｍＣｎ＝ｌｉｍＣｎ＋１

                     ＝ｌｉｍ（３０８＋２／３Ｃｎ）

                     ＝３０８＋２／３×ｌｉｍＣｎ＝Ａ

           即Ａ＝３０８＋２／３Ａ，求得Ａ＝９２４

           即ｌｉｍＣｎ＝９２４ｍｇ／Ｌ

           由盐度积累模型可知，经分流的轻度污染水在处理回用过程中，盐的积累有规律可循，且存在积累极限，极限值与回用率η（回用水量与总用水量的比值）成正相关关系。

３　盐类的质量衡算

         由上述规律可知，当回用次数足够多时，调节池中的盐类浓度就趋向稳定，不再上升，即进入污水处理回用系统的盐量与离开系统的盐量相等。

         ①每缸布的残留盐量：

         ４０ｇ／Ｌ×３ｍ３×１０％＝１２ｋｇ

         三台染色机每天的残留盐量：

         １２×４缸布／ｄ×３台＝１４４ｋｇ／ｄ

         ②Ａ１、Ａ２两台染色机使用回用水量为４３２ｍ３／ｄ。当调节池盐浓度为９２４ｍｇ／Ｌ时，回用水系统中的盐度达到平衡，随浓液排走的额外（本底）盐量为：

         ０．９２４ｇ／Ｌ×３ｍ３×５道水／缸布×４缸布／ｄ×２台

         ＝１１１ｋｇ／ｄ

         ③当盐度为９２４ｍｇ／Ｌ时，随污泥排走的盐量为：

         ０．９２４ｇ／Ｌ×３６ｍ３＝３３ｋｇ／ｄ

         则额外排走的盐量为：１１１＋３３＝１４４ｋｇ／ｄ

         由此可见，进入回用系统的盐量与离开系统的盐量相等，验证了盐度积累极限模型的正确性。

４　盐度积累模型分析

         本文中回用水盐度积累模型为：Ｃｎ＋１＝３０８＋２／３Ｃｎ。

         模型中ｌｉｍＣｎ的数值与回用率η正相关。当η大时，回用水量比例大，补充新鲜水少，盐类残留量大，盐类积累上限ｌｉｍＣｎ大，对印染生产不利；反之，当η小时，回用水量比例小，补充新鲜水多，盐类残留量小，盐类积累上限ｌｉｍＣｎ小，对印染生产影响小。本文中，盐类积累模型的具体形式，应按回用率η的取值而作适当调整。

５　结论

          （１）对轻度污染印染废水进行处理回用时，必须补充部分新鲜自来水，回用水中的盐度会积累，但其积累有规律可循，且存在积累极限。

          （２）盐度积累极限值的水平直接影响印染生产质量和污水处理质量，而积累极限值与回用率正相关，各印染企业可根据自己的特点和要求，设定经济合理的回用率。

          （３）从盐度积累模型可推知，采用污水分流回用方案后，水中微生物的代谢物含量也存在积累模型，并且收敛。根据污水处理系统能接受的代谢物浓度水平，确定合适的回用率，可维护污水处理系统的正常运行。