Очистка сточных вод хлопкоткацкого и текстильного производств

Несколько полиграфических и красильных фабрик в Шэньчжэне в свое время находились в центре внимания Шэньчжэньского бюро по охране окружающей среды. Все они являлись проектами, финансируемыми из-за рубежа по инициативе местных властей. Когда фабрики были построены, они были оборудованы очистными сооружениями. Однако из-за отсталых технологий, старения оборудования, плохого управления и расширения производства сброс сточных вод превысил норму, что привело к серьезному загрязнению вод залива Мипэн. Шэньчжэньское муниципальное бюро по охране окружающей среды выбрало одну из текстильных фабрик в качестве ранней рекомендации для очистки. Проект очистки длился более года, с 1996 по конец 1997 года. С 1998 года качество сточных вод было стабильным и соответствовало стандартам. Шэньчжэньское муниципальное бюро по охране окружающей среды рекомендовало этот проект в качестве типового.

Текстильная фабрика является крупным предприятием, полностью принадлежащим Гонконгу. Она была переведена из Гонконга в 1991 году, общий объем инвестиций составил 200 млн. гонконгских долларов. Она объединяет прядильное, красильное и ткацкое производства. Продуктом является джинсовая ткань. Сточные воды поступают в основном с красильной фабрики, и их основными компонентами являются порошок индиго (включая известь, краситель и муку маниоки), а также NaOH и сульфат натрия низкой концентрации. Объем сточных вод составляет около 1000 м3/сут. Качество сточных вод в нормальных условиях представлено в табл. 1.

Таблица 1 Качество сточных вод

Проектная производительность очистки составляет 1000 м3/сутки, объем воды при первом запуске составлял 300 м3/сутки, а затем постепенно увеличился до 1000 м3/сутки. Тем не менее, качество сточных вод постепенно ухудшалось, а показатели цветности и ХПКCr серьезно превышали норму. Основные причины этого следующие:

1) При проектировании было недооценено качество исходной воды. Изначально планировалось, что содержание ХПК в исходной воде составит 700-1 300 мг/л, однако в настоящее время ХПК в исходной воде составляет 1000-2000 мг/л.

2) Два круглых биологических фильтра диаметром 13 м и высотой 2,5 м, оснащенных центральной системой распределения воды. Эти фильтры заполнены камнями размером 10 см и имеют вентиляционные отверстия в основании для естественной оксигенации. Однако из-за низкого содержания кислорода в резервуаре анаэробного гидролиза и высокой концентрации стоков внутренняя часть биофильтра становится анаэробной. В результате анаэробный ил забивает зазоры между камнями, что приводит к нарушению водотока. В результате эффективность аэробного биофильтра снижается, и вторичный биофильтр разлагает только 30% - 40% органических веществ.

Существует потребность в более квалифицированном управленческом персонале, а качество операционных работников могло бы быть лучше.

На текстильной фабрике Jiede принят метод производства с одновременным реформированием. Поскольку скорость разложения органических веществ во вторичном биофильтре составляет всего 30% - 40%, и в нем размножаются комары и мухи, было принято решение использовать существующий бассейн анаэробного гидролиза для удаления вторичного биофильтра и замены его бассейном биологического контактного окисления. Однако степень удаления ХПК из бассейна анаэробного гидролиза составляет всего 10% - 20%, и большая нагрузка будет поступать на последующие очистные сооружения. Для снижения загрязнения в процессе биохимической трансформации перед резервуаром анаэробного гидролиза устанавливается комплекс оборудования физико-химической очистки (химическая коагуляция и отстаивание), который позволяет снизить нагрузку.

В связи с высокой степенью практической реализуемости данного проекта преобразования, он фактически представляет собой процесс преобразования, включающий производство, исследования и разработку планов. При определении физико-химического процесса очистки сначала было проведено большое количество испытаний по химической коагуляции и обесцвечиванию. При использовании традиционного метода для сульфата железа, водоочистителя, полиалюминия и хлорида железа основной целью является удаление цветности и ХПК. В результате небольших испытаний было установлено, что сульфат железа подходит для обесцвечивания и удаления ХПК на нашем предприятии. Дозировка составляет 800-1000 мг/л, а диапазон pH - 9,5-11.

Различные параметры процесса физико-химической очистки: расчетный расход Q - 1000 м3/сут; два подъемных насоса, каждый с Q′ - 80 м3/ч; два статических смесителя, каждый с внешними размерами L - 800 мм и D - 250 мм; два бака механической реакции, 1,5 м×1,5 м×4 м, с расчетным временем пребывания 20 мин; один наклонный трубчатый отстойник, площадью 5 м×5 м - оцинкованная труба.

После физико-химической обработки средняя скорость удаления цветности достигла 60%, а средняя скорость удаления ХПК составила более 40%, что позволило достичь поставленной цели. После добавления сульфата железа производство бурового раствора значительно увеличилось. Существующий резервуар для хранения шлама может вместить только скребок и выгрузку шлама из аэрофлотационного резервуара, в результате чего шлам, скопившийся в наклонном трубчатом отстойнике, не может быть своевременно выгружен. Исходя из сложившейся ситуации, завод приобрел еще один пластинчато-рамный фильтр-пресс.

Стоки после физико-химической обработки стабильны. В условиях контроля дозировки и pH ХПК стоков составляет от 600 до 900 мг/л. При биохимическом преобразовании он превышает нормативный сброс.

Основные структуры и оборудование, подлежащие преобразованию:

1) Регулирующий бассейн. Эффективное время пребывания сырой воды в регулирующем бассейне рассчитано на 8 часов, а размер всего регулирующего бассейна составляет 20 м×10 м×2,5 м, внутри которого расположены шесть решеток. Перед тем как попасть в регулировочный резервуар, сырая вода проходит через узкий канал, в который добавляется сульфат железа для поддержания уровня pH 7-9. Сточные воды проходят предварительное отстаивание в регулировочном резервуаре. Ежегодно во время праздника Весны текстильная фабрика удаляет и транспортирует осадок, скопившийся на дне резервуара.

2) Резервуар анаэробного гидролиза. Он имеет прямоугольную форму с размерами 10м×7,5м×5м и эффективным временем пребывания 10ч. Разделен на две группы, в каждой из которых установлен импульсный распределитель воды, отвечающий за периодическое распределение воды в гидролизном резервуаре. Эта система также служит для перемешивания и промывки анаэробного резервуара. В анаэробном резервуаре сточные воды разделяются на три слоя: осадок, клей и чистая вода. Перемешивание позволяет избежать застоя воды и прекращения потока, а промывка - избежать засорения адгезионного слоя. В анаэробном резервуаре адгезионный слой расположен на наклонной пластине, а в резервуаре анаэробного гидролиза для распределения воды используется перфорированный бак.

3) контакт с окислительным бассейном. Он построен на месте первоначального биологического фильтра с внешними размерами 20м×15м×4,5м, с тремя коридорами, внутри которого подвешен полумягкий наполнитель (толщина 3м). Время контакта с наполнителем составляет 20 ч, дно оборудовано микропористой аэрационной головкой, соотношение воздух-вода составляет 15:1, концентрация растворенного кислорода в резервуаре после тестирования составляет 3,8 мг/л.

4) Осадочный резервуар. Он представляет собой вертикальный проточный тип, квадратный, размером 6 м × 5 м × 5 м. Вода в него поступает из центральной верхней части бассейна и выходит через зигзагообразный сборник. Основное назначение отстойника вертикального типа - отстаивание и взаимодействие с биопленкой, выносимой из окислительного резервуара. Затем очищенная вода поступает в коагуляционный аэрофлотационный резервуар. Весь отстоявшийся осадок перенаправляется в резервуар анаэробного гидролиза для пополнения запасов питательных веществ, при этом первоначально спроектированная труба для сброса осадка, ведущая в резервуар для хранения осадка, остается нетронутой.

5) Коагуляционный аэрофлотационный резервуар. Далее удаляют мелкие частицы, которые не могут быть удалены при опускании в отстойник, и добавляют водоочиститель. В качестве водоочистителя используется светло-желтая жидкость, поставляемая химическим заводом Shizhong в г. Наньхай (провинция Гуандун). Она изготавливается из алюминиевого лома, железного лома и концентрированной серной кислоты. Основной компонент - трехвалентная соль железа и алюминия, рН которой составляет 2,3-3. После дозирования сточные воды через разделенную реакционную зону попадают в зону воздушной флотации. Всплывающие остатки поступают в шламонакопитель, где проходят обработку на пластинчато-рамном фильтр-прессе, в результате чего образуется уплотненный иловый кек, готовый к вывозу. Очищенная вода измеряется и сбрасывается непосредственно в море.

После созревания пленки в бассейне контактного окисления оборудование для физико-химической обработки будет остановлено. Результаты дневного и ночного мониторинга Бюро по охране окружающей среды Шэньчжэня на выходе сброса приведены в табл. 2.

Таблица 2 Данные мониторинга

Дата	Точка отбора проб	Аналитический проект
		pH	ХПКр (мг/л)	SS (мг/л)	Chroma(times)	Сульфид (мг/л)
9 сентября	общий выход	7.14	105	18.3	64	0.03
12 сентября	общий выход	6.26	147	12	32	0.02
13 сентября	общий выход	6.78	41.3	5.3	32	0.01
19 сентября	общий выход	7.52	87.7	9.5	32	0.01
20 сентября	общий выход	7.03	93.3	23	32	0.01

После двух лет непрерывной эксплуатации данные мониторинга показывают, что она соответствует стандартному режиму, что свидетельствует об успешности проекта очистки. Кроме того, были получены следующие результаты и выводы:

1) Биологические фильтры не являются идеальным решением для аэробной очистки высококонцентрированных сточных вод печатных и красильных производств. Хотя биофильтр обладает такими преимуществами, как энергосбережение и простота в эксплуатации, его эффективность снижается: он разлагает только от 15% до 40% органических веществ. Кроме того, он становится местом размножения комаров и мух. При перегрузке биофильтр становится анаэробным, что приводит к забиванию его пор осадком и затрудняет вентиляцию. Очистка засорившегося фильтрующего материала оказывается непростой задачей.

2) В биохимической очистке очень важную роль играет гидролизный бак. Степень удаления хрома в нем обычно составляет 40% - 70%, а степень удаления ХПК - всего 10% - 20%, однако он позволяет улучшить биоразлагаемость сточных вод. Перед тем как определить технические характеристики резервуара контактного окисления, было проведено лабораторное испытание на потребление кислорода с использованием фильтрующего материала биофильтра и стоков из анаэробного резервуара. Результаты показали, что при увеличении времени пребывания в емкости скорость удаления ХПК может превышать 90%. Это свидетельствует о том, что стоки из анаэробного гидролизного резервуара обладают высокой биоразлагаемостью, что создает оптимальные условия для протекания последующих биохимических процессов.

3) Для таких сточных вод печатных и красильных производств, имеющих высокую концентрацию и сильную щелочность, перед биохимической очисткой необходима их нейтрализация. Сульфат железа оказывает уникальное воздействие на такие полиграфические и красильные сточные воды. Предварительная обработка методом добавления сульфата железа позволяет удалить часть цветности и снизить ХПК до уровня менее 900 мг/л.

4) После контакта с окислительным резервуаром с образованием пленки пищевая цепочка, состоящая из микроорганизмов на наполнителе, позволяет поддерживать баланс биопленки, и весь выпавший осадок возвращается в резервуар анаэробного гидролиза. На коагуляционно-воздушной флотации образуется всего около 1 м3/сут осадка, тогда как до модификации этот показатель составлял 7-8 м3/сут. Таким образом, объем осадка сокращается примерно на 87%, что значительно снижает нагрузку на систему обработки осадка.

5) Резервуар контактного окисления разделен на три коридора. В ходе дальнейшей эксплуатации было обнаружено, что если в первом коридоре прекратить аэрацию и сделать его анаэробной секцией, то ХПКCr стоков лишь незначительно повысится и составит около 140 мг/л, а цветность - примерно в 50 раз. Таким образом, фактическое время пребывания в аэробных условиях сокращается до 14 ч, что, с одной стороны, экономит энергопотребление, а с другой - создает весьма благоприятные условия для расширения перерабатывающих мощностей в будущем.

Инвестиции в очистку сточных вод в рамках вспомогательного строительства составляют 900 тыс. юаней, инвестиции в проект реконструкции - 1,2 млн. юаней, а общие инвестиции в проект - 2,1 млн. юаней. При объеме воды 1000 м3/сутки стоимость инвестиций в проект составляет 2100 юаней/м3. Эксплуатационные расходы приведены в табл. 3.

Таблица 3 Эксплуатационные расходы

Серийный номер	Статья затрат	Объем очищенной воды (м3)	Общая стоимость (юаней)	Ремарка
1	заработная плата	348956	66000	В данной таблице амортизация не учитывается. Завод производит собственные олефины для выработки электроэнергии. Всего имеется 5 операторов, работающих в три смены, по 1 человеку в каждой смене, 1 человек в лаборатории и 1 человек в качестве контролера.
2	выплаты сотрудникам		3000
3	социальное обеспечение		600
4	прочая плата		3000
5	сервисный сбор		283000
	Из них: плата за электроэнергию		135000
	аптечный сбор		98000
	эксплуатационные платежи		12000
	отгрузка грязевого пирога		28000
	регулировка дноуглубительных работ в бассейне		10000
	всего		355600