印染污泥廢水處理新技術(shù)

　　1 引言

　　印染廢水有機物濃度及色度高、組分復雜，通常采用物理化學(xué)與生物法對其進(jìn)行處理.印染污泥是印染污水處理的副產(chǎn)物，是由有機殘片、細菌體、無(wú)機顆粒、膠體等組成的極其復雜的非均質(zhì)體，若不經(jīng)處理直接排放，可對環(huán)境造成較大的污染.而污泥焚燒處理能徹底、迅速和最大限度地減容減量，可望成為今后印染污泥處理處置的主流技術(shù).

　　江蘇省印染行業(yè)歷史悠久，印染產(chǎn)能位居全國第二，印染加工業(yè)出口份額占全國印染加工出口總量的1/3.印染企業(yè)主要分布于蘇南和蘇中地區，其中，太湖流域最為集中，全省960多家重點(diǎn)印染企業(yè)中有570余家坐落在太湖流域.本文擬在了解江蘇省印染行業(yè)分布情況的基礎上，選取17家印染污水處理廠(chǎng)為考察對象，調研污泥處理處置情況，取樣分析脫水后印染污泥的含水率、熱值、灰分、氯離子和重金屬含量，探究江蘇省印染污泥的特點(diǎn)及特性，以期為研究印染污泥焚燒處置的適應性和污染防治工作提供依據.

　　2 調研及分析方法

 　　2.1 調研方法

　　選取南通(5家)、無(wú)錫(6家)、常州(3家)和蘇州(3家)4個(gè)地區的17家印染污水處理企業(yè)為考察對象，調查污水廠(chǎng)的日處理量、污泥產(chǎn)量、脫水方式和處置方式，取樣分析脫水后印染污泥的含水率、熱值、灰分、氯離子和重金屬含量.為充分體現污泥的代表性，在不同的產(chǎn)泥地方多次采樣并混合均勻后裝入密封袋封存編號(南通1~5號、無(wú)錫6~11號、常州12~14號、蘇州15~17號)用作后續分析.

　　2.2 分析方法

　　污泥含水率的測定參照《森林土壤含水率的測定》(LY/T 1213—1999)，將污泥樣品在103~105 ℃的烘箱中烘至恒重，樣品的質(zhì)量損失與初始質(zhì)量的比值即為印染污泥的含水率.

　　用《城市污水處理廠(chǎng)污泥檢驗方法》(CJ/T 221—2005)中的重量法測定污泥中的灰分含量，熱值的測定參照《煤的發(fā)熱量測定方法》(GB/T 213-87).氯離子測定采用《土壤氯離子含量的測定》(NY/T 1378—2007)中的硝酸鹽滴定法.

　　重金屬元素鎘(Cd)、鉛(Pb)、總鉻(Cr)、銅(Cu)、鋅(Zn)和鎳(Ni)選用王水-高氯酸消煮、火焰原子吸收分光光度法測定.

　　3 結果與分析

　　 3.1 印染污水處理及污泥處置

　　17家印染污水處理廠(chǎng)中，3家以棉布印染廢水為主，4家以化纖印染廢水為主，1家以牛仔印染廢水為主，剩余9家則綜合了棉、麻、絲、化纖、牛仔等多種類(lèi)型廢水.各處理廠(chǎng)的規模大小不等，污水日處理量為400~50000 t · d-1，相應的脫水污泥產(chǎn)量為10~100 t · d-1，表 1給出了17家印染污水廠(chǎng)的基本情況.

　　表1 江蘇省17家印染污水廠(chǎng)基本情況

　　如表 1所示，污泥量與污水處理量并不成正比關(guān)系，這是由于污泥的產(chǎn)量不僅與污水處理量有關(guān)，還與污水的來(lái)源、處理工藝方法、污泥的含水率等有關(guān).為排除污泥含水率對污泥產(chǎn)量的影響，表 1同時(shí)出了污水絕干污泥的產(chǎn)率(處理每千噸污水產(chǎn)生的絕干污泥量)，可以看出，污水絕干污泥的產(chǎn)率變化范圍較大(0.21~5.04 g · kg-1).絕干污泥產(chǎn)率大的污水處理以沉淀過(guò)濾為主，污水廠(chǎng)中的雜質(zhì)絕大部分轉換為污泥，如10號污水處理廠(chǎng).而污水處理以生物法為主的污泥產(chǎn)率極低，如16號污水處理廠(chǎng).本文調研的污水廠(chǎng)的污泥處置方式比較單一，污泥脫水后均是送到熱電廠(chǎng)或垃圾焚燒廠(chǎng)進(jìn)行焚燒，處置費用為160~200元 · t-1.

　　3.2 印染污泥助燃焚燒條件分析

　　3.2.1 印染污泥含水率

　　由圖 1可知，17家印染污水處理企業(yè)污泥含水率的變化范圍為18.3%~83.9%，大部分集中在60%~80%，平均含水率為66.88%.11號污泥采用了熱干化處理，含水率最低，僅為18.3%;另外7家(編號為2、6、7、8、9、10、14)對污泥進(jìn)行了深度脫水，污泥含水率為53.7%~66.6%，平均為60.61%.采用常規方法脫水的污泥含水率較高，為69.2%~83.9%，平均為77.15%.

　　圖 1 印染污水廠(chǎng)污泥的含水率

　　各家企業(yè)污泥采用的脫水方法不盡相同，4號采用疊鑼式脫水，污泥含水率最高為83.9%;12號采用滾筒脫水，其含水率為80.8%;13號和16號采用離心脫水，污泥含水率分別為74.8%和82.2%;其余全部采用板框壓濾，污泥的平均含水率為66.42%.相對而言，板框壓濾得到的污泥含水率最低.因此，對于以低含水率為前提的污泥處理處置方式，如焚燒、填埋，印染污泥脫水應優(yōu)先選擇板框壓濾.

　　3.2.2 印染污泥熱值和灰分

　　污泥熱值是污泥焚燒處理的重要參數，與污泥中有機物的含量密切相關(guān).表 2和圖 2給出了各地區印染污泥灰分和熱值的平均值.污水來(lái)源、處理方法(生物法、物化法等)和工藝、添加的藥劑(有機藥劑、無(wú)機藥劑等)等顯著(zhù)影響污泥的性質(zhì)，使得其灰分、熱值含量波動(dòng)范圍較大.

　　圖 2 不同地區污泥的灰分及低位熱值

　　圖 2和表 2結果表明，17個(gè)污泥樣品中，灰分含量最小為9.7%，最大為88.0%，平均為46.0%.不同地區的污泥灰分含量高低順序為無(wú)錫>南通>常州>蘇州.印染污泥的低位熱值變化范圍為0~17960 kJ · kg-1，在17個(gè)樣品中，4、7、12、16號污泥的低位熱值高于10000 kJ · kg-1.

　　表2 印染污泥的灰分、熱值的測量結果

　　一般來(lái)說(shuō)，污泥中的灰分含量越高，熱值越低.8號和11號污泥的灰分含量分別高達88.0%和77.7%，這是由于在污水處理過(guò)程中加入了大量的無(wú)機物(如氧化鈣、硫酸亞鐵等)，導致污泥中無(wú)機成分所占比例極大，低位熱值較低;而灰分含量低于26.4%的污泥，熱值均高于10000 kJ · kg-1.

　　3.2.3 助燃焚燒分析

　　根據《城鎮污水處理廠(chǎng)污泥處置單獨焚燒用泥質(zhì)》(GB/T 24602—2009)規定的污泥理化指標及限值可知，污泥助燃焚燒時(shí)低位熱值需大于3500 kJ · kg-1，17家印染污水處理廠(chǎng)中有8家污泥的低位熱值低于該值，達不到污泥助燃焚燒的條件.

　　已知污泥的含水率和低位熱值，可得出污泥的干基熱值和助燃焚燒時(shí)的最高限含水率(即滿(mǎn)足污泥助燃焚燒(低位熱值為3500 kJ · kg-1)時(shí)所需的最大含水率)，公式如下：

　　式中，LHV為污泥的低位熱值(kJ · kg-1)，p為污泥的含水率，Qg為污泥的干基熱值(kJ · kg-1)，r 為水的汽化潛熱，取值為2 512 kJ · kg-1.

　　表 3給出了上述8家污水廠(chǎng)污泥的含水率、低位熱值、干基熱值和助燃焚燒時(shí)的最高限含水率.由表 3可知，1號和3號污泥雖然干基熱值較高，但污泥含水率也高，無(wú)法滿(mǎn)足助燃焚燒所需熱量，建議對兩家污水廠(chǎng)污泥進(jìn)行深度脫水，將含水率降低到60%左右，以滿(mǎn)足污泥助燃焚燒要求.5、8、9、10和11號污泥的干基熱值相對較低，建議在污水污泥處理過(guò)程中改進(jìn)工藝、減少無(wú)機物的添加.

　　表3 不能自持燃燒的污泥分析結果

　　3.3 印染污泥氯離子分析

　　印染污泥中氯離子含量在82~6923 mg · kg-1之間變化，主要來(lái)源于污水污泥處理過(guò)程中加入的含有氯離子的藥劑.其中，未加入含氯離子藥劑的污泥氯離子含量?jì)H為82 mg · kg-1(14號污泥);南通4家污水廠(chǎng)在污水污泥處理過(guò)程中加入了含氯藥劑，污泥氯離子含量分別高達3444、5256、6923和3116 mg · kg-1.

　　污泥焚燒時(shí)，氯元素會(huì )使煙氣中產(chǎn)生一定量的HCl氣體和二 英等，從而引起一系列的環(huán)境問(wèn)題.污泥中的氯元素主要以金屬化合物和有機結合態(tài)存在，不管是有機氯還是無(wú)機氯在焚燒過(guò)程中都能反應生成二 英，二者對二 英的形成沒(méi)有多大差別.當污泥中氯的質(zhì)量分數高于0.8%~1.1%時(shí)，二 英的生成量隨氯含量的提高而增加.17種印染污泥氯離子含量最高值為0.69%，低于上述值.但二 英的生成量不完全取決于氯含量，污泥焚燒過(guò)程中，燃燒溫度、氧氣的含量、重金屬含量等也會(huì )對二 英的生成產(chǎn)生影響，其中，Cu2+作為前驅物合成二 英的催化劑，在二 英前驅物的合成中起決定作用.

　　表 4給出了部分污泥Cu和Cl-的檢測結果，可以看出，2、3、4和5號污泥中的Cl-含量較高，為了抑制焚燒時(shí)二 英的生成，建議在污水污泥處理過(guò)程中減少氯的投加.3號污泥Cl-及Cu的含量都較高，焚燒時(shí)生成二 英的幾率大，建議焚燒時(shí)多關(guān)注煙氣中二 英的監測和分析.

　　表4 部分污泥Cu和Cl-的檢測結果

　　3.4 印染污泥重金屬分析

　　污泥中的重金屬由于具有生物毒性，其帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，并已成為污泥資源化利用的主要障礙因素之一.污泥中重金屬含量是決定飛灰重金屬含量的主要因素，在高溫焚燒的過(guò)程中，部分重金屬會(huì )大量揮發(fā)并富集在煙氣凈化系統的焚燒飛灰上，從而增加了飛灰中重金屬化合物的含量.

　　3.4.1 污泥重金屬含量

　　表 5給出了印染污泥中各重金屬含量的統計結果.由表可知，同一種重金屬在不同污泥中的含量變化較大，如Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni的含量變化范圍分別為0~2.10、0~130.5、8.54 ~726.00、4.58~194.00、32.70~3610.00、1.09~109.00 mg · kg-1.6種重金屬平均含量的大小順序為Zn(922.67 mg · kg-1)>Cr(217.82 mg · kg-1)>Pb(116.04 mg · kg-1)>Cu(97.06 mg · kg-1)>Ni(59.38 mg · kg-1)>Cd(0.40 mg · kg-1).

　　表5 印染污泥重金屬含量統計結果

　　按照我國《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618—1995)規定的三級標準(為保障農林業(yè)生產(chǎn)和植物正常生長(cháng)的土壤臨界值)，污泥樣品中Cu和Ni含量未超標，其他則都有超標現象.與江蘇省城市污水處理廠(chǎng)污泥中重金屬平均含量(鄭翔翔等，2007)相比，17家印染污水處理廠(chǎng)的污泥重金屬平均含量較市政污泥低，尤其是Cd、Cu和Ni.

　　為更好地反映江蘇省印染污泥的重金屬情況，圖 3統計分析了6種重金屬的分布情況.可以看出，17家印染污泥中，76%的印染污泥中含Cd量在0.5 mg · kg-1以?xún)龋?0%的污泥中含Pb量在50 mg · kg-1以下，污泥中的Zn含量大多在200 mg · kg-1以?xún)惹?3%集中在90~120 mg · kg-1之間，Cr、Cu和Ni的含量分布相對均勻.

　　圖 3 不同重金屬含量的分布頻率圖

　　3.4.2 不同地區印染污泥重金屬污染指數

　　污泥中的重金屬與織物種類(lèi)、加工的花色品種、所用染料、漿料和助劑有關(guān).表 6給出了4個(gè)地區印染污泥的重金屬平均含量，其大小順序為：Cd：蘇州>無(wú)錫>常州>南通，Pb：南通>無(wú)錫>蘇州>常州，Cr：無(wú)錫>蘇州>常州>南通，Cu：常州>無(wú)錫>蘇州>南通，Zn：南通>蘇州>無(wú)錫>常州;Ni：常州>無(wú)錫>南通>蘇州.4個(gè)地區中Cd、Pb、Cu和Ni的平均含量均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618—1995)規定的三級標準;無(wú)錫和蘇州兩地的Cr含量超過(guò)標準值;除常州地區，其他3個(gè)地區污泥中的Zn含量都嚴重超標，這可能與目前污水管道普遍采用鍍鋅管道有關(guān).具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　表6 不同地區印染污泥重金屬平均含量

　　自然界中重金屬的污染多為伴生性或綜合性的復合污染(陳懷滿(mǎn)，1996)，在評價(jià)重金屬元素的危害時(shí)不僅要考慮一種元素在單體系中的臨界值，還要考慮多因素的綜合影響效應.常用的評價(jià)重金屬污染方法是內梅羅指數法(余劍東等，2002)：

　　式中，Pi為第i種重金屬元素的污染指數，Ci為第i種重金屬含量實(shí)測值，Si為第i種重金屬含量的評價(jià)標準值，P綜為污泥的綜合污染指數，Pimax為采樣污泥重金屬污染物單項污染指數中的最大值，

　　為單因子指數平均值，

　　如果P>1，說(shuō)明樣品中重金屬含量超過(guò)了評價(jià)標準的要求;P=1，說(shuō)明樣品中重金屬含量處于臨界狀態(tài);P<1，說(shuō)明樣品中重金屬含量低于評價(jià)標準.圖 4給出了4個(gè)地區印染污泥重金屬單項污染指數和綜合污染指數.由圖可知，同一種重金屬在不同地區的污染指數相差很大，同一地區不同重金屬的污染程度也不相同，其綜合污染指數由大到小依次為南通>蘇州>無(wú)錫>常州，其中，蘇州和南通的相應值都高于1，南通更是高達3.08左右，因此，這兩個(gè)地區的印染污泥處置要特別關(guān)注重金屬的污染問(wèn)題.

　　圖 4 不同地區印染污泥重金屬污染指數統計

　　4 結論

　　1)本文調研的印染污泥的脫水方式多采用板框壓濾，含水率低至53.7%;有將近1/2的印染污泥并沒(méi)有達到污泥助燃焚燒的條件，建議改進(jìn)污泥的處理工藝和脫水方式，以減少灰分降低含水率.

　　2)考察的印染污泥中氯離子變化范圍較大，為82~6923 mg · kg-1，差異主要源于污水及污泥處理過(guò)程中添加的含氯藥劑.為減少二 英等污染物的產(chǎn)生，污水污泥處理過(guò)程中應盡量避免氯離子的加入，焚燒時(shí)應嚴格控制焚燒條件并加強對二 英類(lèi)物質(zhì)的監測.

　　3)調研的印染污泥中重金屬平均含量的排序為Zn(922.67 mg · kg-1)>Cr(217.82 mg · kg-1)>Pb(116.04 mg · kg-1)>Cu(97.06 mg · kg-1)>Ni(59.38 mg · kg-1)>Cd(0.40 mg · kg-1)，均低于江蘇省城市污泥重金屬平均含量;不同地區印染污泥中重金屬的綜合污染指數差異較大，排序為南通>蘇州>無(wú)錫>常州，其中，蘇州和南通地區超過(guò)了評價(jià)標準，因此，要嚴格關(guān)注污泥焚燒后產(chǎn)生的飛灰重金屬含量.