1、毕业论文 开题报告 环境工程 厌氧 -好氧生物转盘法处理 2500m3/d 印染废水工艺设计 一、选题的背景、意义 1 1 我国印染废水排放的现状 20 世纪 90 年代以来，我国经济高速发展，人民生活水平不断提高，但是环境污染问题并未得到有效控制，在有些地区反而呈现加重的趋势。据报道，我国每年污水的排放量约为3.9 1010 t,其中工业废水占 51%，并以 1%的速率逐年递增。 随着工业化进程的不断深入，全球性环境污染日益破坏着地球生物圈几亿年来的所形成的生态环境，并对人类自身的生存环 境构成了严重威胁。由于逐年加重的环境压力，世界各国纷纷制定各自的环境保护法律、法规和采取不同的措施，我国
2、政府对环境问题也给予以高度重视，并向国际社会全球性环境保护公约做出了自己的承诺。我国是纺织印染的第一大国，而纺织印染行业又是工业废水排放的大户，约占整个工业废水排放量的 35%。据不完全统计，我国印染废水排放量约为每天 66 104103 m3 ，印染厂每加工 100m 织物，会产生35t 废水，故此而造成的生态破坏及经济损失是不可估量的，因而要 实现印染行业的可持续发展，必须首先解决印染行业的污染问题。 1.2 印染废水的特点及危害 纺织印染工业废水的主要来源是印染废水，其废水的量大，色度高，成分复杂，废水中含有染料、浆料、助剂、纤维杂质及无机盐等 染料结构中硝基和胺基化合物及铜、铬、锌、砷
3、等重金属元素具有较大的生物毒性，严重污染环境 ， 是目前我国较难处理的工业废水之一。虽然我国印染废水的治理起步较早，但由于印染废水的复杂性和特殊性，目前还没有只用一种方法就能对印染废水中的有害物质进行完全的去除，一般均要用几种方法联合作用。随着我国对环保工作的重视， 近些年来对印染废水处理技术的研究取得了较大的发展。 印染废水一般具有污染物浓度高、种类多、含有毒有害成分及色度高等特点。一般印染废水 pH 值为 6-10， CODCr 为 400-1000mg/L， BOD5 为 100-400mg/L， SS 为 100-200mg/L，色度为 100-400 倍。近年来由于化学纤维织物的发展
4、，仿真丝的兴起和印染后整理技术的进步，使 PVA 浆料、人造丝碱解物 (主要是邻苯二甲酸类物质 )、新型助剂等难生化降解有机物大量进进印染废水，其 CODCr浓度也由原来的数百 mg/L上升到 2000-3000mg/L以 上， BOD5增大到 800mg/L 以上， pH 值达 11.5-12，从而使原有的生物处理系统 CODCr 往除率从 70%下降到 50%左右，甚至更低 1。 印染废水含大量的有机污染物，排入水体将消耗溶解氧，破坏水生态平衡，危及鱼类和其它水生生物的生存。沉于水底的有机物，会因厌氧分解而产生硫化氢等有害气体，恶化环境。 印染废水的色泽深，严重影响受纳水体外观。造成水体有
5、色的主要因素是染料。目前全世界染料年总生产量在 60 万吨以上，其中 50%以上用于纺织品染色；而在纺织品印染加工中，有 10% 20%的染料作为废物排出。印染 废水的色度尤为严重，用一般的生化法难以去除。有色水体还会影响日光的透射，不利于水生物的生长 2。 在使用化学氧化法去除色度时，虽然能使水溶性染料的发色基被破坏而褪色，但其残余物的影响仍然存在。 印染废水大部分偏碱性，进入农田，会使土地盐碱化；染色废水的硫酸盐在土壤的还原条件下可转化为硫化物，产生硫化氢。 印染废水若不经治理直接排故，将对地面水体产生严重影响，引起水体中生态系统的破坏和水体腐败，从而造成的生态破坏及经济损失是不可估量的，
6、因而对于印染废水的治理是刻不容缓。 二、相关研究的最新成果及动态 2.1 最新研究成果 印染废水具有水量大、有机污染物浓度高、色度深、碱性大、水质变化大、成分复杂等特点 ,属较难处理的工业废水之一。治理染料污染的常规处理技术包括絮凝，活性炭吸附法等物理化学方法及生物处理方法。然而，絮凝和吸附处理，往往产生大量的有害固体和液体废物。生物处理法运用各种微生物对有机染料的降解能力将其消耗掉。然而，有些染料具有很强的抗氧化能力，并且在厌氧条件下，某些偶氮化合物被转化为无色但强致癌的的芳香胺。最近，高级氧化技术 (AOPs)以其强效的降解能力受到越来越多的关注。过氧化氢、芬顿试剂 (Fe2+/H2O2)
7、和芬顿类试剂 (Fe3+/H2O2,Co2+/H2O2 和草酸盐 -光 -芬顿等 )都可以用来处理印染废水 3。但这一方法会产生大量的离子污泥，这种污泥的再处理是一个相当昂贵的过程。 基于双氧水的高级氧化技术近年来又有新的发展， Meunier 等人报道了利用Fe3+/Phthalocyan-ines/H2O2 体系催化氧化芳香族污染物的研究情况， Collins 等人最近发现了一种高价铁系化合物 Fe-TAML (四氨基大环配位体 )催化剂，能够选择性氧化多种污染物，如氯化酚和其它芳香剂。 Lente 和 Espenson 总结了用双氧水作氧化剂的不同铁基催化剂。总的来讲，上述催化剂大多用于
8、单项反应，很可能造成二次污染，并容易因进水中的某种化合物的干扰而降低氧化效率 4。 结合高效吸附技术和高级氧化技术的最新开创性成果 ,浙江理工大学丝纤维材料和加工技术研究实验室的陈文兴等人设计了一个高效的相传递 -高级氧化技术体系。首先 ,该体系选择了一个适当和有效的催化活性中心 钴酞菁的衍生物（ CoPc），它被广泛用于多种工业作为颜料和新型光电材料，并已在多种氧化反应中研究了它的催化性能。与其相类似的结 构铁酞菁 (Fepc)比较而言 ,copc 更经济 ,也易于规模化组装，化学性质更稳定。其次，选择纤维素纤维作为 CoPc 的载体，因为它对染料具有很高的物理化学的亲和性。此外，纤维素是最
9、丰富的有机聚合物 ,年产量高达 1011-1012 吨。它还有很多突出的优点，如优良的力学性能，无毒，而且最重要的是生物可降解性。 2.2 目前使用的处理方法 2.2.1 印染废水的物理处理方法 （ 1）吸附法 在物理处理方法中应用最多的是吸附法，吸附法适用低浓度印染废水的深度处理，具有费用低、脱色效果较好的特点，适合中小型印染厂废水的处 理。但应对吸附染料后的吸附剂再生及废吸附剂的后处理要引起重视，以减少二次污染。阮晨等对活性炭吸附法去除印染工业废水色度进行了试验与研究，提出这种方法可以大幅度改善出水水质。近年来国内外关于改性膨润土在废水处理中的研究报道也很多。马凤国等合成 CMC-g-CP
10、AM 吸附剂。 Soma 等采用氧化铝微滤膜，对不溶性染料废水，膜的截留率高达 98%。但是膜分离技术由于浓差极化、膜污染及膜的价格交贵，更换频率较快，使处理成本较高，从而严重阻碍了膜分离技术的更大规模工业应用。萃取技术则是利用不溶或难溶于水的溶剂将染料分子从 水中萃取出来。如 :近年来发展较快的液膜技术，正是利用萃取技术萃取含染料废水中的染料物质。 2.2 2 印染废水的化学处理法 （ 1） 混凝法 主要有混凝沉淀法和混凝气浮法，所采用的混凝剂多半以铝盐或铁盐为主，其中以碱式氯化铝 (PAC)的架桥吸附性能较好，而以硫酸亚铁的价格为最低。近年来，国外采用高分子混凝剂者日益增加，且有取代无机混
11、凝剂之势，但在国内因价格原因，使用高分子混凝剂者还不多见。据报道，弱阴离子性高分子混凝剂使用范围最广，若与硫酸铝合用，则可发挥更好的效果。混凝法的主要优点是工艺流程简单、 操作管理方便、设备投资省、占地面积少、对疏水性染料脱色效率很高；缺点是运行费用较高、泥渣量多且脱水困难、对亲水性染料处理效果差 5。 （ 2） 氧化法 臭氧氧化法在国外应用较多， Zima S.V.等人总结出了印染废水臭氧脱色的数学模式。研究表明，臭氧用量为 0.886g/g 染料时，淡褐色染料废水脱色率达 80%；研究还发现，连续运转所需臭氧量高于间歇运行所需臭氧量，而反应器内安装隔板，可减少臭氧用量16.7% 。因此，利
12、用臭氧氧化脱色，宜设计成间歇运行的反应器，并可考虑在其中安装隔板。臭氧氧化法对多数染料能获得 良好的脱色效果，但对硫化、还原、涂料等不溶于水的染料脱色效果较差。从国内外运行经验和结果看，该法脱色效果好，但耗电多，大规模推广应用有一定困难。光氧化法处理印染废水脱色效率较高，但设备投资和电耗还有待进一步降低6-7。 2.2 3 印染废水的生物处理法 70 年代以来，国内对印染废水以生物处理为主，占 80%以上，尤以好氧生物处理法占绝大多数。从现有情况看，我国印染废水生物处理法中以表面加速曝气和接触氧化法占多数。此外，鼓风曝气活性污泥法、射流曝气活性污泥法、生物转盘等也有应用，生物流化床尚处于试验性
13、应 用阶段。但由于生物对色度去除率不高，一般在 50%左右，所以当出水色度要求较高时，需辅以物理或化学处理。好氧生物处理对 BOD 去除效果明显，一般可达 80%左右，但色度和 COD 去除率不高，尤其如 PVA 等化学浆料、表面活性剂、溶剂及匹布碱减量技术的广泛应用，不但使印染废水的 COD 达到 2000 3000mg/L，而且 BOD/COD 也由原来的 0.4 0.5 下降到 0.2 以下，单纯的好氧生物处理难度越来越大，出水难以达标；此外，好氧法的高运行费用及剩余污泥处理或处置问题历来是废水处理领域没有解决好的一个难题。据资料报道， 一般污泥处理或处置费用占整个污水厂费用的 50%
14、70%(国外 )，在国内也占 40%左右。由于上述原因，印染废水的厌氧生物处理技术开始受到人们的重视，探求高效、低耗、投资省的印染废水处理新技术已日显重要。 厌氧的主要处理构筑物是厌氧罐， Fukunaga N.等人对传统消化罐作了改造，在罐内装填固定微生物，主要是专性产碱杆菌属。染料中的偶氮基因、三苯甲烷基因以及单氮基因聚合物，都能通过厌氧分解，通常在中温条件下进行 (37 )，水力停留时间 6h，主要含甲基红染料的污水颜色能完全去除。有研究表明厌氧处理丝绸印染废水 ，在 HRT 1.0 1.1d， COD 去除率 74% 82%，脱色率分别为：黑色 51%、紫红色 94%、玫瑰红 96%、
15、茄紫 30%、大红 55%。用 UASB 和管道厌氧消化器直接处理高浓度染料废水的中长期运行结果表明，废水中的色度和 COD 去除率分别稳定在 80%和 90%以上。为了探求高效、低耗、低投资的印染废水处理新技术，近年来在厌氧法与好氧法的结合方面进行了大量的试验研究，获得了很大的成功。此时与好氧法结合的厌氧处理已不是传统的厌氧消化，它的水力停留时间 (HRT)一般为 3 5h，只发生水解和酸化作用。这一工艺流程的 提出主要是针对印染废水中可生化性很差的一些高分子物质，期望它们在厌氧段发生水解、酸化，变成较小的分子，从而改善废水的可生化性，为好氧处理创造条件。采用这一流程，较好地解决了 PVA、
16、染料的处理问题。这一流程的另一大特点是，好氧段所产生的剩余污泥全部回流到厌氧段，厌氧段有较长的固体停留时间 (SRT)，有利于污泥厌氧消化，从而显著降低了整个系统的剩余活性污泥量。因此，厌氧 好氧系统中的厌氧段具有双重的作用：一是对废水进行预处理，改善其可生化性能，吸附、降解一部分有机物；二是对系统的剩余污泥进行消化 8-11。 2.3 国内外处理方法发展趋势 2.3.1 物理处理法的发展趋势 在物理处理法中应用最多的是吸附法目前工业上使用粒状活性炭和活性硅藻土来吸附废水中一些污染物和色素等。例如：活化煤就是引进日本技术生产的一种新型优质水处理滤料，它是以劣质煤为原料，经过破碎、筛选、浸泡、接
17、种等工艺加工而成，具有较大的内表面积（ 600 800m2 /g），特别是中孔较为发达（ 40 2000m2 /g） ,有利于对较大分子有机污染物的吸附，其内 生长的微生物有自身氧化再生作用，不产生污泥沉淀。日本京都工艺纤维大学采用纤维素系列的吸附剂进行了印染废水的治理，脱色效果很好处理费用为活性炭吸附的1/4。 我国辽宁市科研所也研制成功了 VS 型离子交换纤维，这是一种新型的离子交换材料，成纤维状，具有物理吸附及离子交换功能，其特点是：比表面积大、离子交换速度快，具有明显的吸附脱色性能，用阳离子染料印染废水进行试验，脱色率达 90%以上。另外也有作者报道用廉价易得的天然蒙托土作吸附剂对含有
18、酸性阳离子染料的印染废水有较好的处理效果，脱色率通常可达 90%以上， COD 去除 率高达 96.9%7-8。 2.3.2 新型高分子絮凝剂在絮凝法中的应用 絮凝法是废水处理方法之一。以往单独用无机絮凝剂时，药剂用量大、操作繁杂、污泥生成量大、处理费用高、脱色效果差。单独使用聚丙烯酰胺类有机高分子絮凝剂时，对印染废水几乎无效。即使将这两类絮凝剂组合使用收效也甚微，所以人们把研究重点放在合成新型高效脱色絮凝剂上，在这方面，国外研制的两性型聚电解质用于印染废水的脱色取得了长足的进展。目前正推广应用的 PAN 2DCD 型高分子絮凝剂是以聚丙烯晴为高分子主链，以二氰二胺爱碱性条件下进行侧链改性 ，
19、是不溶于水的聚丙烯氰变成水溶性的、带多种基团的两性型聚电解质。 PAN 2DCD2HYA 型高分子絮凝剂是在 PAN 2DCD 型的基础上用氯化羟胺改性，使吸附脱色功能团进一步强化。在国外也有人研制上述类型的两性型高分子絮凝剂，并对含有酸性染料、中性染料、碱性染料的废水进行治理。实验表明，用此絮凝剂对废水进行预处理，可使 COD 去除率达 80%以上，未除尽部分再借助生化等方法处理。这种方法对BOD、 COD 含量高的废水进行处理，其效果尤为显著。 2.3.3 生化处理中新型微生物的研究 随着纺织工业新产品和新技术的开发 ，印染废水中水溶性染料、活性染料和化学浆料的数量和种类也在不断增加，从而
20、导致印染废水的可生化性下降，因此人们对高效降解菌的研究更加深入。向生化池中投加高效降解菌已成为环保领域的新兴技术之一。中科院微生物研究所鲜海军等研究了 7 种染料脱色降解菌，在处理含偶氮染料、三甲苯烷染料、聚乙烯醇、洗涤剂、助剂等各种难降解物的印染废水试验中，都取得了明显效果。在厌氧生化处理池中，用高效菌接种比活性污泥接种对 COD、 PVA 和色度去除率分别提高了 5.30%、 12.79%和9.97%。在进行好氧生化处理时，用高效降解菌接种比用活 性污泥接种对 COD、 BOD5 、 PVA和色度的去除率分别提高 10.9%、 12.9%、 20.0%和 12.0%；在进行生物炭处理时，用
21、高效降解菌混合液接种比用活性污泥接种对 COD、 PVA 和色度的去除率分别提高 5%、 18%和 3%。 2.4 国外纺织印染工业污染防治的研究动向 国外纺织印染工业防治污染的研究趋势主要是改变加工工艺，尽量采用不排或少排废水、废气和固体废弃物的新工艺，并在加工过程中回收药品，回用废水，最后用有效的方法处理剩余的废水和其他废物。工艺改革主要从以下 几方面进行。 2.4.1 非水相印染工艺 目前国外为了减少污染，对非水相或用水极少的印染工艺进行了研究，如容积练漂技术在国外有很大进展。它以溶剂代替水，可节约大量水，并且不产生污染严重的煮练废水。英国帝国化学公司的马卡耳（ Makkal） 练漂法便
22、是一例。溶剂染色是用有机溶剂代替水进行染色，可节约大量水，而且不产生废水，并且具有消耗能量少、染色速度快、均染性能好的优点。目前欧洲各国均采用此法染色，如英国的溶剂气相法（ Vapocol），织物经浸轧烘烤后，用三氯乙烯蒸气蒸 1min，即可获得满意的染色效果。此外，还 有用染料或整理剂的蒸气或烟雾状物进行染色的气相染色、微泡沫染色等新工艺。 2.4.2 印染工艺闭环化 印染工艺闭环化是使印染工艺减少或无污染物排出的新方法，其基本原理是将投入的过剩原料与药剂进行回收回用，形成一个闭路循环系统，因此在加工过程中几乎没有或只有少量的污染物生成。例如：将有机高聚物浆料溶解在 1,1,2-三氯乙烷、三
23、氯乙烯或四氯乙烯有机溶剂中，经纱上浆织成织物后，再在溶剂煮练设备中退浆、煮练，退浆液中大约有 75%-80%的浆料可以回收，重新使用。 2.4.3 采用新的助剂和浆料 棉麻织物的退浆废水中 含有大量葡萄糖， BOD 非常高。约占印染废水全部 BOD 的 45%。现在国外经纱上浆逐渐改用合成浆料，如聚乙烯醇、羟甲基纤维素等，它们的 BOD 远低于天然浆料，对减轻废水的污染有重大意义。此外，还采用了提高染料、助剂回收率，减少废水量，处理水回用等措施。 参考文献 1戴日成 ,张统 ,郭茜 ,等 .印染废水水质特征及处理技术综述 J.给水排水 ,2000， 26(10): 5-6 2李家珍 .染料、染
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26、3.1 研究内容 选用厌氧 -好氧生物转盘的处理工艺对印染废水进行处理，设计处理量为 2500m3/d 3.2 技术路线 印染废水首先流经格栅，把水中的一些漂浮物质截去，减轻后续处理难度。在调节池中调节相应的 pH 等，为后面的气浮创造有利条件。在气浮池中进行气浮处理，进一步减轻后续处理难度。在厌氧池中，在厌氧菌存在的条件下，把水中的一些有机高分子，难降解物质经厌氧菌处理后，变成小分子物质，以便后面的好氧处理。然后废水在生物转盘中利用好氧菌进行好氧处理。最后废水经二沉池排出。产生的污泥 经污泥池浓缩，压滤后外运。 采取的工艺： 格栅 调节池 气浮池厌氧处理好氧生物转盘二沉池污泥外运污泥压滤污泥浓缩池出水进水3.3 难点： 印染废水的水量大、色度高、组分复杂，水质变动范围大，而且 PVA 浆料、新型助剂等难生化降解有机物的加入，给处理增加了难度。 3.4 预期达到的目标： 对 COD、 BOD、 SS、色度等的去除率达到 70%以上。
