印染废水处理方法研究

余红霞, 李瑞阳, 刘 蓓, 陈 雪, 郁鸿凌

(上海理工大学 能源与动力工程学院,上海 200093)

印染废水处理方法研究

余红霞, 李瑞阳, 刘 蓓, 陈 雪, 郁鸿凌

(上海理工大学 能源与动力工程学院,上海 200093)

针对印染废水处理难度大、费用高的问题.对常州某印染厂污水处理情况进行了调查,分析了该厂印染废水水质、锅炉烟气成分以及印染工艺低温余热现状.对不同种类的印染废水进行低温烟气余热蒸发处理及利用烟气中和碱性废水的方法处理.此方案可使废水的质量浓度提高约13%,每小时可处理废水量约27 000 t,同时使废水pH降至7～9.

印染废水; 余热蒸发; 锅炉烟气; 能量分析; 中和处理

印染废水排放量大,约占工业废水总排放量的35%,且印染废水的pH值高、色度深、水质变化大,若直接排放则对环境保护造成很大的威胁.目前,处理印染废水的方法主要有物理法、化学法、生物法和碱减量法[1],各种方法都有其自身的优缺点,但总体存在除废水力度低、费用比较高等特点.

本文针对印染废水难处理、高投资的特点,提出了采用燃煤锅炉烟气中和染色废水以及利用锅炉烟气余热蒸发退浆废水和碱减量水洗废水,达到以废治废的目的.

1 印染废水性质及锅炉烟气成分分析

1.1 印染废水水质分析

不同的纤维种类和加工工艺的印染废水污染物的组分会有差异.现对常州某印染厂的废水样品进行检测分析,废水水质数据如表1所示.其中,SS表示固体悬浮物质量浓度,CODcr指化学需氧量.

从表1可知,pH值比较高的废水主要来自退浆、染色及涤纶仿真碱减量工艺,排水量较多的主要集中在冷水洗和染色阶段.根据废水的pH,SS及CODcr值的不同,对废水进行分质分级处理.其中,较难处理的污水采用锅炉烟气中的酸性气体中和废水中的碱性物质以及利用印染工艺流程中的低温余热蒸发废水的方法,回收冷凝水使废水得到重新利用;色度低、质量浓度小的污水可采用传统的工艺方法处理;处理后的废水通过高温蒸汽冷凝水回收管网,使蒸汽得到重复利用.

表1 印染废水数据统计表Tab.1 Data statistics of the dyeing wastewater

1.2 印染工艺低温余热的能量分析

通过对该印染厂印染工艺进行分析,可知印染企业每种工艺的低温余热来源、数量、品质等，如表2所示.

Qxi=ρV(h1-h2)

(1)

式中:Qxi为流体流过换热器所具有的最大换热量;ρ为工艺的循环密度;V为循环废气体积;h1为循环废气进口焓;h2为循环废气出口焓.

(2)

λ=Ex/E

(3)

印染工艺流程中低温余热分析计算结果如表2所示.

表2 印染低温余热统计表Tab.2 Statistics of the low temperature waste heat by printing and dyeing

从表2可知,燃煤锅炉的烟气和染色排水不仅热量高而且能级高,可加以利用;预定型、烘干定型和印花烘燥工艺排出的废气,虽然废气的流体体积大、热量高,但能级低,比热容较小,余热没有回收价值;在生产过程中,还原水洗和热水洗工艺只是排出水洗槽中的水洗水,没有回收价值.

2 印染废水处理方案

2.1 污水蒸发处理

利用锅炉烟气余热蒸发退浆废水和碱减量水洗废水,回收冷凝水使废水重新被利用.该厂烟气量为13 000 m3/h,蒸汽锅炉燃烧产生的废气温度为220 ℃,比热容为1.102 kJ/(kg·℃).采用翅片式换热器给废水加热,出口烟气温度为140 ℃,比热容为1.074 kJ/(kg·℃);平均比热容Ca=1.088 kJ/(kg·℃),烟气平均温度在180 ℃时的密度ρ=0.788 4 kg/ m3,烟气放热量

Q=CaρVΔt

(4)

式中,Δt为烟气进出口温差.

得到烟气放热量Q=8.92×105kJ/h.

若一天按24 h计算,则烟气每天的放热量QF=2.14×107kJ.

冷源为40 ℃的退浆废水和碱减量水洗废水,废水的焓值h1=167.54 kJ/kg,100 ℃时蒸汽的焓值hg=2 675.57 kJ/kg.

根据闪蒸原理,使印染废水在压力骤变的情况下蒸发得到饱和蒸汽.在满足印染企业退浆工艺和碱减量工艺温度的需求下,采用单效蒸发器蒸发废水,取热利用率ε=0.8,则印染厂一天的废水蒸发量

m=Q/(hg-hl)ε=6.826 t/d

(5)

通过分析可知,利用烟气加热蒸发污水,每天可回收6.826t的低压蒸汽,退浆废水和碱减量水洗废水的质量浓度由原来的30%提高到了42.7%.

2.2 烟气中和处理污水

传统印染废水的处理方法需要投入大量的酸性液体中和碱性废水,处理过程繁琐,投资量大且很难达到国家排放标准.由于燃煤烟气是呈酸性的气体,通过泵将呈碱性的工业废水输送到锅炉湿式除尘塔顶部,并沿喷射装置喷淋,使废水产生雾化效果,与锅炉烟气进行最大程度的接触中和,从而降低废水的pH值[4-5].与此同时,可以起到燃煤烟气锅炉脱硫、除尘的作用.此方案不仅可以降低处理废水、烟气的成本,还能使废热重新得到利用,达到节能减排的目的.

该印染厂的锅炉采用1 200万kcal (1 kcal=4.184 kJ)煤粉导热油作为热源,燃烧后的烟气成分主要有SO2,NOx,NO,CO及CO2.其中,烟气含量为13 000 m3/h,SO2质量浓度为310 mg/m3,NOx质量浓度为314 mg/m3,NO质量浓度为205 mg/m3,CO质量浓度为153 mg/m3,CO2的体积分数为16.7%.

烟气中SO2和NO2溶于水后可与碱发生反应,部分CO2会溶于水,CO和NO难溶于水.燃煤烟气中NOx的比例高达95%,碳酸根的酸性弱于亚硫酸根,碱性印染废水和酸性烟气中和的化学反应方程式为[6]

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

由式(6)可知,处理13 000 m3/h 的烟气量,需要121 mol质量浓度为310 mg/m3的SO2.表3为燃煤烟气中和不同程度碱性废水所需废水量.

表3 烟气中和印染废水所需废水量Tab.3 Wastewater quantity required for the neutralization of the wastewater with the flue gas

由表3可知,当烟气硫化物和污水碱性物质完全反应时,每小时所需高温印染废水约2 445 t,即每天可处理高温废水58 680 t,每小时所需一般废水为24 200 t,即每天可处理一般废水580 800 t,pH值可降至7～9.此外,由于印染工艺流程中产生的含碱性物质的废水不能满足烟气脱硫的要求,因此,在废水中加入一定比例的CaCO3或CaO,制成脱硫浆液[3],作为燃煤锅炉的脱硫剂使用,降低烟气脱硫系统的钙化比,达到节水环保的目的.

3 结 论

a. 介绍了能量分析的3种方法及其特点,得到了余热回收的评价指标,为后续分析印染工艺设备用能系统的合理性打下了基础.

b. 提出了利用锅炉烟气余热蒸发退浆废水和碱减量水洗废水,回收冷凝水的方案.对锅炉烟气及印染废水进行热平衡分析,计算得到烟气每天的排放量为2.14×107kJ,每天可用于回收6.826 t的低压蒸汽,使退浆废水和碱减量水洗废水的浓度提高12.7%.若计算得到的烟气利用率按80%来计算,则每年可节约5 123.7 t的标煤,每吨标煤按800元来计算,则每年可节省4 098 960元[7-8].

c. 提出了利用燃煤烟气中的酸性气体中和碱性废水的方案.经过计算分析,利用流量为13 000 m3/h的烟气,每天可以中和高温印染废水58 680 t,一般废水580 800 t,pH值可降至7～9.此外,烟气SO2去除率达85%以上,烟尘去除率达97%～98%,每年可减少中和硫酸207.75 t,约8.1万元.

在印染工艺流程中,对蒸汽余热进行最大化回收利用,以及工艺废气和废水处理过程中更加准确地掌握其物性特点及所用能量比例,这两点是印染工艺流程中有效合理用能亟待解决的关键技术问题.

[1] 瓮亮,吴赞敏,李洪霞.印染废水的处理方法及进展[J].印染助剂,2005,22(11):7-10.

[2] 沈维道,童钧耕.工程热力学[M].北京:高等教育出版社,2007.

[3] 吴勃,王伟东.煤化工废水零排放处理方法研究[J].应用能源技术,2013(3):1-4.

[4] 刘精今,牛秋雅.印染废水与烟气脱硫联合治理技术[J].节能与环保,2002(6):30-31.

[5] 王益静.印染行业废水余热回收[J].科学之友,2011(24):152-153.

[6] 王毅霖,杨雪莹,张晓飞,等.污水“零排放”技术发展现状[J].绿色科技,2014(8):189-191.

[7] 朱和林,来东奇.印染废水处理及回用工程实例[J].印染,2017(7):35-38.

[8] 许丹宇,石岩,张洪雷.印染废水处理与回用的工艺设计与应用[J].给水排水,2015,41(3):49-53.

(编辑:石 瑛)

Printing and Dyeing Wastewater Processing Method

YU Hongxia, LI Ruiyang, LIU Bei, CHEN Xue, YU Hongling

(SchoolofEnergyandPowerEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)

The printing and dyeing wastewater treatment is difficult and costly.The wastewater treatment of a dyeing factory in Changzhou was investigated,and the water quality of the printing and dyeing wastewater,the composition of the boiler flue gas and the status of the low temperature waste heat of the dyeing and printing process were analysed.Different types of printing and dyeing wastewater were treated by using the low temperature flue gas heat by evaporation and also the flue gas to neutrailze the alkaline wastewater.This scheme can deal with about 27 000 t wastewater per hour,improving the mass concentration of wastewater by about 13% and reducing the wastewater pH value to 7～9.

printinganddyeingwastewater;residualheatevaporation;boilerfluegas;energyanalysis;neutralizingtreatment

1007-6735(2017)04-0320-03

10.13255/j.cnki.jusst.2017.04.003

2016-10-06

余红霞(1991-),女,硕士研究生.研究方向:节能技术.E-mail:708944823@qq.com

郁鸿凌(1953-),男,教授.研究方向:热能工程和节能技术.E-mail：yuhongxia16@126.com

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