曝气生物滤池处理喷水织机废水的研究.doc

上海交通大学硕士学位论文曝气生物滤池处理喷水织机废水的研究姓名：庞浩然申请学位级别：硕士专业：生态学指导教师：邱江平20090101上海交通大学硕士学位论文 2为1530分钟，确定反冲周期和反冲时间要综合考虑水头损失、水力停留时间、出水质量等。 6) 通过曝气生物滤池工艺处理喷水织机废水动力学模型的研究，建立了火山岩填料滤池对有机污染物去除的经验模型，其动力学方程为vheSS01.20=。 7) 同时建立了粘土陶粒填料曝气生物滤池对有机污染物去除的经验模型，其动力学方程为vheSS73.10=。 关键词：曝气生物滤池，喷水织机，废水，火山岩，陶粒，滤料，挂膜，动力学模型 上海交通大学硕士学位论文 3RESEARCH ON HYDRAULIC LOOM WASTEWATER TREATMENT BY BIOLOGICAL AERATED FILTER ABSTRACT Hydraulic loom wastewater is a sort of wastewater with complex water quality, the discharge amount of Hydraulic loom wastewater in Changxing Area which located at the edge of the Taihu Valley is very large and the pollution status is serious. This research apply Biological aerated filter process for the Hydraulic Loom wastewater treatment, it was operated under three conditions (flow rate is 0.8 .m3/h、0.6 m3/h、0.4 m3/h ,gas-water ratio is 2:1、3:1、3:1,respectively) with lava stuffing and clay ceramisite stuffing. The research results as follows: (1) The treatment effect of Hydraulic Loom wastewater by BAF with lava and Clay ceramisite stuffing are fulfilling. After the treatment, CODcr、BOD5、NH3-N、TP of effluent could reach GB18918-2002 secondary standard, which apply a new process for the Hydraulic Loom wastewater treatment. (2) During the biofilm culturing phase, we use combined culturing process to start up the filter, and the cultivation process is fast, then the biofilm can attach to both the lava and the clay ceramisite stuffing within 9 days. Under the same condition, both the speed and the effect of biofilm cultivation of lava stuffing are better than that of the clay ceramisite stuffing. Comparing the biofilm culturing under three conditions, it shows that there is no need for BAF to start up again if only the condition changed, yet the kind of stuffing is not changed. (3) The effluent quality under condition 2 and 3 could reach GB18918-2002 secondary standard, however, the effluent quality under condition 1 couldnt, which implies that wed better choose the most suitable condition when using BAF 上海交通大学硕士学位论文 4for Hydraulic Loon wastewater treatment. The CODcr and TP removal effect under condition 3 are better than that under condition 1 and 2. Both the removal effect are fulfilling, especially the removal effect of TP. The BOD5 removal effect under condition 1 is better than that under condition 2 and 3. The NH3-N removal effect under condition 2 is better than that under condition 1 and 3. (4) Generally, Lava stuffing has better removal effect than clay ceramisite stuffing after comparing the treatment results. Its owing to the difference of characteristics between those two kinds of stuffing. This implies a better choice of stuffing. (5) The research on the backwashing of BAF shows that under three conditions, the backwash period is 715 days and the backwash time is 1530min. It is necessary to consider the head loss, HRT and the effluent quality to determine the backwash period and time. (6) We establish an empirical model of the organic contaminant removal by BAF with lava stuffing and the model equation is vheSS01.20= (7) We also establish an empirical model of the organic contaminant removal by BAF with lava stuffing and the model equation is vheSS73.10= KEY WORDS：Biological aerated filter, hydraulic loom, wastewater, lava, clay ceramisite, stuffing, biofilm culturing, kinetic model上海交通大学硕士学位论文 1第一章 绪论 11我国水体污染概况 水是21世纪制约社会经济可持续发展和生态与环境保护建设的关键性因素。我国是一个缺水严重的国家。人多水少,水资源时空分布不均,水土资源与经济社会发展布局不匹配,是我国的基本水情。 长期以来，由于我国粗放的经济增长方式,导致工业、农业、城市三方面用水量急剧增加,再加上人为对水资源的污染、大量浪费、不合理的开发利用等,导致了本已脆弱的水资源问题日趋严重化。 近年来，我国水体污染日益严重，全国每年排放污水高达360亿吨，除70%的工业废水和不到10%的生活污水经处理排放外，其余污水未经处理直接排入江河湖海，致使水质严重恶化，污水中化学需氧量、重金属、砷、氰化物、挥发酚等都呈上升趋势。全国95万公里河川，有19万公里受到污染，05万公里受到严重污染，水质在四级以上的江河段已达4 6 万公里, 占484 %。全国有环境监测的43条大小河流, 86%受到不同程度的水污染,其中大江河流经城镇河段占22%,支流污染占64%。全国2800多个湖泊,凡接纳城镇污水的,大多出现了水体富营养化现象，不能直接作为生活及工业的用水。淮河流域有一半的支流水质污染严重，辽河部分水域高锰酸盐指数和氨氮分别超标5倍和3倍, 内蒙古的西辽河已连续五年断流。太湖、巢湖、滇池均为劣五类水质，其中滇池氨氮、总氮和总磷平均浓度分别超过三类水质标准的58倍、95倍和266倍。我国的重工业基地东北地区,在工业发展过程中,环保设施建设被人们所忽视,致使大量的工业污染物(主要是废水)直接排入江河水体,使松花江、辽河干支流及部分湖泊、水库,甚至江河两岸及近海地区的土壤受到严重污染。另外，近海海域由于大量废水排入, 许多地方已频繁发生赤潮。 如果说，两年前的松花江事件标志着中国进入了水污染事故的高发期，那么，2007年入夏以来太湖、滇池、巢湖的蓝藻接连暴发，则标志着中国进入了水污染密集爆发的阶段。近日，国家环保总局对长江、黄河、淮河、海河四大流域进行了环保专项执法检查，结果显示：其环境违法现象之普遍、影响之恶劣、污染之严重已经到了令人扼腕的地步。传统工业化的增长方式已经使中国的资源环境到上海交通大学硕士学位论文 2了难以承受的底线，人民群众的日常生活正遭受严重的威胁1。污水处理, 防止自然水体污染, 水质变坏, 不仅是保护水体与环境的一项重要任务, 也是消除制约当前生存与可持续发展的所迫切需要。 表1-1我国水资源利用及废水处理情况2 Table1-1 Water resources utilization and wastewater treatment in China 农田 林牧 农村生活 城镇生活工业 总量（亿m3）用水量（亿m3） 3784 46112679 57519 1139 6228 占总量 （%） 608 74 43 92 183 废水量（亿m3） 3532 416 4564 12258 废水处理量（亿m3） 982 31902 7453 废水处理率（%） 236 699 608 废水回用量（亿m3） 17093 废水排放量（亿m3） 18833 排放达标量（亿m3） 1164 排放达标率（%） 618 12太湖水污染 我国纺织行业主要集中在东部沿海地区,截至2003年底,浙江、江苏、广东、山东、福建5省产量已占全国印染布总产量的865%。其中浙江、江苏又是重点流域淮河、太湖所在地, 随着近年来纺织工业的高速发展,纺织废水排放量和污染程度又有大幅度上升,这些区域水污染防治形势严峻。 太湖面积2338km2，是我国五大淡水湖之一，是一座天然调蓄水库，也是流域内上海、无锡、苏州等城市最重要的供水水源地。且集供水、蓄洪、灌溉、航运、养殖、旅游等多种功能于一体，其水环境状况直接影响着流域的经济发展状况。太湖流域是典型的平原水网地区，区域内河道纵横交错，湖泊星罗棋布。位于流域中心的太湖是流域最重要的水体，在防洪、供水、航运、旅游及渔业等方面为流域经济的快速发展发挥着极其重要的作用。 水作为最重要的自然资源，为太湖流域社会经济高速发展提供了优越条件。但是，随着城市化进程的加速和经济的高速发展，流域水污染也日趋严重。流域内主要湖泊均呈富营养化状态，夏季水华现象十分普遍。2000年太湖87%的监测点水质劣于类，29%的监测点营养盐浓度达中/富营养水平，71%达富营养水平，上海交通大学硕士学位论文 3全湖年均TP达010mg/l，TN达254mg/l;五里湖、梅梁湖及竺山湖水体污染尤其严重，基本为类或劣于类，几乎全年处于富营养状态3、4。自20世纪80年代以来，太湖流域水质类别平均每10年下降一个等级，使太湖流域成为我国最为典型的水质型缺水地区。尽管迄今为止已经开展了大量的治理工作，然而太湖流域水环境恶化的总体趋势并没有得到有效遏制5。 目前,太湖的外部污染源主要有工业污染、农业污染和城市生活污染三大类。工业污染主要集中在纺织印染业、化工原料及化学制品制造业等领域。其中纺织印染业的COD排放量最大,占重点工业企业COD排放量的61%,总磷排放量占重点工业企业总磷排放量的41%6。 13喷水织机废水 131喷水织机 纺织机有多种分类。按织物纤维分类，可分为棉纺织机、毛纺织机、麻袋织机、丝绸织机等。如按织造的引纬方法分类，可分为有梭织机和无梭织机两大类。有梭织机是采用传统的梭子(木梭或塑料梭)引纬的织机。梭子的体积大、分量重，被往来反复投射，机器振动大、噪音高、车速慢、效率低。无梭织机的引纬方式是多种多样的，有剑杆、喷射(喷气、喷水)、片梭、多梭口(多相)和编织等方式。 前三种方式的四类无梭织机共同的基本特点是将纬纱卷装从梭子中分离出来，或是仅携带少量的纬纱以小而轻的引纬器代替大而重的梭子，为高速引纬提供了有利条件。在纬纱的供给上，又直接采用筒子卷装，通过储纬装置进入引纬机构，使织机摆脱了频繁的补纬动作。因此，采用无梭织机对于增加织物品种，调整织物结构，减少织物疵点，提高织物质量和织造效率，降低噪音，改善劳动条件具有重要意义。无梭织机是我国“十五”期间纺织工业产业升级和织造设备更新换代的关键设备，无梭织机占有率是一个国家纺织工业现代化的重要标志之一7。 1955年的第二届ITMA上第一次展出了喷水织机。喷水织机和喷气织机同属于喷射织机，区别仅在于喷水织机利用水作为引纬介质，以喷射水流对纬纱产生摩擦牵引力，使固定筒子上的纬纱引入梭口。由于水射流的集束性较空气好得多，喷水织机上没有任何防水流扩散装置，即使这样筘幅也达到2m多，且其机器速度和入纬率一直处于领先水平8。 上海交通大学硕士学位论文 4喷水织机是纺织机械中近年来发展最快的无梭织机，其优点是产量高、质量好、织造费用低，但是要消耗大量优质的自来水(如表1-2)。目前，我国已拥有喷水织机约30多万台，年用水量高达45亿吨9。由于在织造工序中使用浆料以及润滑脂的原因，排放的废水中COD、BOD、SS等指标超标，造成水质的污染，如不能很好地对废水资源进行处理，再循环利用，将会造成水资源的浪费和环境污染。随着环境保护意识的提高及水资源的紧缺，喷水织机废水治理越来越受到关注，尤其是象我国水资源短缺的国家，因水资源问题日益突出，已成为制约社会经济发展的主要因素之一，废水处理及循环回用工作的研究显得尤为重要10。 表12喷水织机用水水质要求11-13 Table 12 Needful water quality of hydraulic loom 项目 单位 喷水织机 自来水 pH值 mg/L 677574 全铁锰 mg/L 02 025 总硬度 mg/L 30 1483 M碱度 mg/L 60 111 氯根 mg/L 20 125 游离氯 mg/L 03 电导率 S/cm 80150 320 CODMn mg/L 3 3 水温 1220 525 浊度 mg/L 2 132喷水织机废水 喷水织机废水中主要含有喷水织机的浆料，而喷水织机的浆料不同于一般处理的废水，当前各种类型的浆料均存在的问题使得废水中出现下列现象： (1)废水中浆料分子量大而不匀，浆料粘度高，散热慢，热收缩性大，以致浆好的经轴硬度大，浆膜容易产生裂缝，织造时易产生硬落浆使废水中含有一定量的上海交通大学硕士学位论文 5浆膜造成废水中悬浮物较多，增大了SS； (2)浆料主要是由丙烯酸及其酯共聚而成，如果共聚不佳，单体残存于浆料中会给浆料带来严重的气味，挥发出来也影响人体健康，单体主要增大了有机污染，同时产生了氨气等挥发性气体，处理废水时难以处理挥发出的废气； (3)喷水织机浆料合成方法主要是溶液聚合和乳液聚合法，前者产品分子量稳定，但含固量小，粘度很大。后者可制得高浓低粘型产品，但分子量不稳定，易出现高分子凝聚物，这种高分子凝聚物悬浮于废水中，进一步增大了废水处理的难度； (4)浆液稳定性差，杂质高，易起泡，尤其是在溶液聚合中低聚物较多时更甚。废水进水的泡沫多，杂质多，SS大，且有一定的防水性，会影响滤料的吸附作用和生物膜上的微生物的代谢降解作用。 总的来说，喷水织机废水的特点是水质成分复杂，污染物以丙烯酸脂类浆料为主，含较多难降解有机污染物，碳、氮比失调，可生化性较差，同时有部分挥发性气体，且每日排放量大。喷水织机废水的水质指标见表1-3。 长期以来，对喷水织机用水的研究较多14-16，而对喷水织机废水处理的研究较少。 表13喷水织机废水水质指标 Table13 Quality of the wastewater from the hydraulic loom pH值 CODcr/(mg/L) SS/(mg/L) 色度/倍 油类/(mg/L) LAS/(mg/L)66-71 150-280 105-250 80-170 10-15 6-10 14废水处理方法概述 141废水处理方法分类 废水处理的方法有很多，并且还在不断的研究和发展之中。当前应用的废水处理的方法主要分为物理处理法、化学处理法、生物处理法三大类。 上海交通大学硕士学位论文 6 表1-4废水处理方法分类 Table14 Category of wastewater treatment methods 基本方法 基本原理 单元技术 物理法 物理或机械的分离过程 过滤,沉淀,离心,上浮等 化学法 加入化学物质与污水中有害物质发生化学反应的转化过程 中和,氧化,还原,分解,混凝,化学沉淀，汽提,吹脱,吸附,萃取,离子交换,电解电渗析,反渗透等 生物法 微生物在污水中对有机物进行氧化,分解的新陈代谢过程活性污泥,生物滤池,生物转盘,氧化塘,厌气消化等 物理处理方法的原理是利用物理作用，分离污水中不溶解的呈悬浮状态（包括油膜和油珠）的污染物质，将废水中悬浮物、胶体物和油类等污染物分离出来，从而使废水得到初步净化，在其处理过程中不改变污染物的化学性质。以热交换原理为基础的处理法也属于物理处理法。常用的物理处理法有调节法、格栅、筛网、砂滤、过滤、沉淀、气浮、重力分离、离心分离和蒸发、结晶等。其中，格栅、筛网、砂滤等方法用于截留各类漂浮物、悬浮物；沉淀、气浮等方法用于分离比重与水不同的各类污染物质；离心法用于分离各类悬浮物质17。物理处理法主要用于改善水质和预处理，去除悬浮物及胶体物质。其优点在于工艺简单，费用低廉。但处理效果较差，一般只作为预处理和初级处理。但是，近年来发展起来的膜分离技术，包括反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）、以及微孔过滤（MF）技术，却具有处理效率高和处理效果好的特点，可用于水的深度处理。虽然许多发达国家包括我国在内的一些发展中国家也在大力发展膜分离技术，但膜的制造成本限制了这一技术的广泛应用。 化学处理方法的原理是利用化学反应和传质作用，分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质。常用的化学处理法有化学沉淀法、中和法、混凝法、氧化还原法、萃取法、汽提法、吹脱法、吸附法、电解法、离子交换法、活性炭法和电渗析法。唐有祺等18将汽提法、吹脱法、吸附法、萃取法、离子交换法、电解电渗析法、反渗透法等单独分开作为一类物理化学方法，因其上海交通大学硕士学位论文 7作用机理是基于物理化学作用。其中，化学沉淀法是向污水中投加各类絮凝剂，使之与水中的污染物起化学反应，生成不溶于水或难溶于水的化合物，析出沉淀，使污水得到净化；中和法是利用中和过程处理酸性或碱性污水；氧化法是利用液氯、臭氧等强氧化剂氧化分解污水中污染物；电解法是利用电解的原理，在阴阳两极分别发生氧化和还原反应，使污水得到净化19。化学处理法可以去除悬浮物、胶体物质、色度、溶解性物质、金属离子及其他某些污染离子。其优点在于能达到二级甚至三级处理标准，缺点是费用较高。 生物处理方法的原理20是利用自然界中存在的各种微生物的生物代谢作用，将废水溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机物、有毒物等污染物质，转化为稳定、无害的物质。生物处理法是污水处理中应用最广泛且有效的一种方法21。它包括好氧处理和厌氧处理两大类。好氧处理常用方法包括活性污泥法和生物膜法等。活性污泥法本身就是一种处理单元，它有多种运行方式。属于生物膜法的处理设备有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池以及最近发展起来的生物流化床等。生物氧化塘法又称自然生物处理法 。厌氧处理方法又称生物还原处理法，常用方法包括消化水解法和厌氧生物膜法等。主要用于处理高浓度有机废水和污泥，使用处理设备主要为消化池等。其中活性污泥法和消化水解法中的微生物无附着载体，只有微生物体本身形成的污泥；而好氧生物膜法和厌氧生物膜法中的微生物有固定的附着载体，微生物可以附着在上面，形成生物膜。生物处理法的优点是效果良好；费用低廉，仅相当于理化方法所需费用的1/3-1/2；耐冲击负荷能力较好。缺点在于：占地面积较大，处理时间长，另外，需要具备适合微生物生长的良好条件，才能达到净化目的22,23。其中的膜生物反应器（MBR）技术被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高科技之一，“在21世纪多数工业中，膜过程扮演着战略的角色”。但由于膜生物反应器工艺的投资与运行费用较高， 膜价格昂贵、膜污染、膜清洗和能耗高等问题24-45，限制了膜生物反应器在我国的推广应用。本文使用的处理工艺-曝气生物滤池工艺是近些年来发展起来的好氧生物膜法中的一种。 142废水处理分级 废水按水质状况及处理后出水的去向确定其处理程度。按处理程度，废水处理（主要是城市生活污水和某些工业废水）一般可分为三级46。 上海交通大学硕士学位论文 8一级处理的目的是从废水中去除呈悬浮状态的固体污染物。多数一级处理由筛滤、重力沉淀和浮选等物理方法串联组成，可以除去废水中大部分粒径在01mm以上的大颗粒物质（固体悬浮物），且减轻废水的腐化程度。经一级处理后的废水，悬浮固体的去除率为70-80，而生化需氧量（BOD）的去除率只有25-40左右，废水的净化程度不高。故一级处理通常作为预处理阶段，以减轻后续处理工序的负荷和提高处理效果。 二级处理的目的是大幅度地去除废水中的有机污染物 ，通常采用生物处理方法（又称微生物法）及某些化学法，用以去除水中的可降解有机物和部分胶体污染物。以BOD为例，一般通过二级处理后，废水中的BOD可去除80-90，如城市污水处理后水中的BOD含量可低于30mg/L。经过二级处理后的水一般可达到农灌标准和废水排放标准。但水中还存留一定量的悬浮物、生物不能分解的有机物、溶解性无机物和氮、磷等藻类增殖营养物，并含有病毒和细菌，因而还不能满足较高要求的排放标准，也不能直接用作自来水，要作为某些工业用水和地下水和补给水，则需要继续对水进行三级处理。 三级处理的目的是进一步去除二级处理未能去除的某些污染物，其中包括微生物未能降解的有机物、磷、氮和可溶性无机物。三级处理可采用化学法（化学沉淀法、氧化还原法等）、物理化学法（吸附、离子交换、萃取、电渗析、反渗透法等），这是以除去某些特定污染为目标的一种“深度处理”方法。例如化学沉淀法，就是利用某些化学物质作沉淀剂，与废水中的污染物（主要是重金属离子）进行化学反应，生成难溶于水的物质沉淀析出，从废水中分离出去。 三级处理是高级处理的同义语，但两者又不完全一致 。三级处理是经二级处理后，为了从废水中去除某种特定的污染物，如磷、氮等，而补充增加的一项或几项处理单元；高级处理则往往是以废水回收、复用为目的，在二级处理后所增设的处理单元或系统。三级处理耗资较大，管理也较复杂，但能充分利用水资源。 15纺织废水处理 151纺织废水治理基本路线 1970年代中期，我国首先在一些大城市及东部沿海纺织工业较发达地区开上海交通大学硕士学位论文 9展印染废水治理的研究和工程实施。这一时期采用较多的治理技术为生物治理技术中的活性污泥法，由于企业废水治理量一般规模为20005000t/d，而且又多采用表面加速曝气型，为提高其处理效率，使运行更加稳定，在其后又陆续开发出了不同结构池型、不同工艺形式的多种活性污泥法处理形式。由于当时棉纺织产品主要以天然棉纤维为主，废水可生物降解性能较好，一般BOD5/COD=0.30.35，经活性污泥法处理后可获得满意的结果，其COD去除率一般为65%75%，BOD5去除率为90%95%。 1970年代末至1980年代初，引进当时国外先进环保治理技术并结合我国具体情况，进行试验研究，开发出生物膜法的生物接触氧化法、塔式生物滤池及生物转盘等形式。其后，生物接触氧化法获得较快的发展和应用。随着这种方法的采用，软性填料、半软性填料也研制成功并获得应用。生物接触氧化法实质上是生物膜法与活性污泥法的混合形式。国外又称为淹没式生物滤池法。由于在池中放置一定数量的，具有一定孔隙率和比表面积的填料，为微生物的生长提供了栖息场所，具有明显的生物膜法特点。同时它又采用了活性污泥法的曝气方式，并在池体中和填料间也具有一定数量的活性污泥，因此它又具有活性污泥的特点。由于它采用鼓风曝气形式，不受池体表面产生的泡沫影响，不产生污泥膨胀，有机负荷高、占地少，自1980年代中后期这种形式很快得到推广，并且在棉纺织行业逐步取代了表面加速曝气形式。 但是，随着棉纺织产品中化学纤维的数量的不断增加，废水的可生物降解性逐渐变差，使原有的生物处理系统去除能力有所降低。为了满足达标排放要求，随后又采用在生物化学处理方法之后再串接到化学处理的方式，来满足达标排放的要求。化学处理中以化学投药法为主，主要采用混凝沉淀和混凝气浮的形式。实践中采用最多的为混凝沉淀形式，这种方法运行管理简单;混凝气浮池可以解决冬季由于气温低，使得絮凝后矾花沉淀时间长，絮凝效果差带来的问题，使得絮凝后较小的颗粒都可以得到去除，且占地面积较小，现在也被越来越多的应用在印染废水处理工艺中。采用生化与物化联合治理工艺，可以充分发挥生物处理法去除大部分有机污染物的能力，而其剩余的有机污染物和色度则由化学处理法承担，这样可以减少药剂投加量，使处理成本降低。实践证明，这是适合当前我国棉纺废水的经济合理的治理方式。 1980年代末，由于棉混纺织物数量的增加，在棉机织产品废水中，存在一上海交通大学硕士学位论文 10定数量的化学浆料(聚乙烯醇等)等难生物降解物质，因此单纯采用好氧生物处理工艺难以将其氧化分解，不能满足达标排放要求。 为了解决达标排放问题，纺织工业在“七五”期间又开发出低能耗的厌氧-好氧生物治理工艺。其中的厌氧法主要是利用厌氧过程的产酸阶段，即水解酸化阶段，提高废水的可生物降解性能。为了加快其处理过程，应投加一定量的经过培养的菌种，使难以降解的大分子量有机污染物质变成较容易降解的小分子量有机污染物。这些水解酸化菌对浆料和表面活性剂都有较为明显的破坏和降解作用，为后续的好氧生物处理提供较为有利的条件，使废水治理系统得以正常运行，从而减少后面化学处理单元负担。在此期间，为了提高生物处理单元的去除率，也曾试验过投加优势菌种，提高去除率的问题。但是，由于纺织废水量相对较大，长期运行后，优势菌种难以保证，所以，正常运行中很少采用投加优势菌种的办法。 纺织加工过程是将纤维先纺成纱再织成布，在纱织成布前，经纱须上浆，以提高纱的可织性，使纱在织布过程中不起毛、少断头。除很少一部分股线、强捻丝和一些变形丝的经纱不需上浆，其它形式经纱都需上浆。织造过程完成后，坯布上的浆料将会影响织物的吸水性能，还会影响产品的质量，并且会增加药品的消耗，故需退浆。退浆废水一般占纺织工业废水总量的15-25%，各种浆料分解物、酸、纤维屑等有机污染物约占总量的一半。退浆废水呈碱性，pH为9-13，一般退浆废水COD平均值能达8000mg/L左右47。这股废水处理起来难度很大，在环境中大量积累，使被污染的水体表面泡沫增多，粘度加大，影响好气微生物的活动，带来严重的环保问题，至今在生产实际中还没有找到较好的技术。喷水织机是纺织机械中近年来发展最快的无梭织机，由于在织造工序中使用浆料以及润滑脂的原因，造成的水质污染不容忽视。 152 纺织废水处理工艺 水污染末端治理工程是目前我国纺织工业废水最主要、最直接的环境防治措施。据对有关资料48,49的不完全统计，目前国内已经实现工业化的纺织废水处理能力超过105亿吨/年，规模以上纺织企业有7804具有相应的污水治理能力，并有约70的排放达标率。 就末端治理技术能力而言，当前被较为普遍采用的纺织废水处理技术工艺主上海交通大学硕士学位论文 11要有生物活性污泥处理法、物理化学处理法和膜处理法这三种，并由此派生出一些混组合处理工艺方法。但这些方法都不同程度地存在着各种各样的问题，使处理系统对COD去除率不高，污水净化率、达标排放率不稳定或不理想，难以发挥有效的作用。针对上述问题，国内一些企业和科研院校专门进行了研究改进，还对生物处理新工艺、高效专门生物菌种和新型化学药剂进行了一些应用性研究探索，解决了不少问题，但总体上没有实质性的突破50。 由于化学纤维制造业的特点决定了其排放的废水中含有大量的纺织物。在化学纤维生产过程中，特别是粘胶纤维在生产中大量使用酸、碱，最终还大量产生硫磺、硫酸、硫酸盐等，都将对环境造成污染。在熔融纺丝时为了保温加热，多数采用联苯等很难为自然界降解的化学物质，不可避免有所泄漏，也会对环境造成严重污染51。 纺织废水净化处理，最突出的问题是难降解有机物的去除。目前处理技术遵循两条基本的思路52：(1)将难降解的有机物进行富集后分离出来;(2)直接破坏难降解的有机物，让它们最终矿物化。主要净化处理方法有:物理净化法、化学净化法、生物净化法与综合净化法。 因纺织废水含有的污染物成分复杂， 很难仅靠其中任何单一方法就使处理出水达到预期效果。综合净化法就是根据实际将两种或两种以上的方法组成一个比较科学的净化系统，达到预期的净化要求。国内近年来在这方面的研究与实践都取得了显著成绩53-56。 16曝气生物滤池工艺 161曝气生物滤池的发展 曝气生物滤池，简称BAF(Biological Aerated Filter)，又称为淹没式曝气生物滤池，该技术最早由法国CGE (Compaguine Generele des Eanx) 公司所属的OTV (LOmnium de Fraitements et de Valorisation)公司开发57。世界上首座曝气生物滤池于1981年诞生在法国,随着环境对出水水质要求的提高,该技术在全世界城市污水处理中获得了广泛的推广应用58。自20世纪80年代末开始,在欧美、日本等地已有数百座大小各异的污水处理厂采用了BAF 技术，并取得了良好的处理效果。随着该技术在全球范围内的推广和应用，同时由于我国城市化进程和工业的上海交通大学硕士学位论文 12发展，我国水资源日益紧缺和水质日益恶化的现状，使得该技术已经在我国北京59,60,63、辽宁60,63、安徽61、山东66、山西63、广东62、上海64,65等地得到了应用和推广，并日益成为一项高效、低成本、适应不同需求的水处理技术。 曝气生物滤池工艺作为一种新型生物处理技术，从诞生至今经历了一段快速发展的过程，最初仅用于污水的三级处理，后发展成直接用于二级处理，现在已经应用到水体富营养化控制、中水回用、城市生活污水处理、水深度处理、微污染源水处理、难降解有机物处理、低温污水的硝化、低温微污染水处理等各个领域67。 162曝气生物滤池的原理 曝气生物滤池是由滴滤池发展而来的，并且借鉴了接触氧化法68的思路和给水快滤池的形式,在一个单元反应器内它可以同时完成生物降解、吸附过滤、固液分离的功能。曝气生物滤池工艺处理污水的原理是以滤池中填装的粒状填料(如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、火山岩、沸石等)为载体,在滤池内部进行通氧曝气,使填料表面生长大量生物膜,当污水流经时,利用填料层上所附着的生物膜中生活的高浓度活性微生物具有生化分解作用以及填料形状不规则、粒径小、多孔等特点,充分发挥微生物的生物氧化分解作用,填料及生物膜的吸附阻留作用和反应器内沿水流方向食物链的分级捕食作用69实现污染物的高效清除,同时利用反应器内填料单元微环境及好氧、缺氧区域的存在,不同空间梯度拥有不同优势菌群的特点，实现脱氮除磷的功能。 163曝气生物滤池的特点 曝气生物滤池作为生物膜处理方法的一种,但与传统生物滤池相比,具有以下几项特点: (1)曝气生物滤池反应器可以具有较高的生物浓度。由于滤池中采用粗糙多孔的小颗粒填料作为生物载体,为微生物的生长提供了良好的生长环境，故可以在填料表面保持较高的生物量(可达10-15 g/L) 70 ,易于挂膜启动且运行稳定； (2)滤池中生物相复杂,菌群结构合理, 微生物的分布相对均匀,反应器内从上到下形成了不同的优势生物菌种71,具有明显的空间梯度特征,因此使得除C、硝化/ 反硝化反应能在同一个反应器中发生,简化了工艺流程； 上海交通大学硕士学位论文 13(3)能耐受较高的有机和水力冲击负荷70-72,不同的污染物可以在同一反应器被渐次去除,同步发挥生物氧化作用、生物吸附絮凝和物理截留作用,出水水质好,可满足回用要求； (4)区别于一般生物滤池及生物滤塔,在去除BOD、氨氮时需进行曝气,多孔粒状填料层具有较高的氧转移效率,故曝气量低,运行能耗低,硝化和反硝化效率高； (5)曝气生物滤池一般为半封闭或全封闭构筑物,其内部生化反应受外界温度影响较小,对于污水处理条件要求较高的寒冷地区也同样适用； (6)高浓度的微生物量增大了BAF的容积负荷, 由于在BAF 反应器中,处理效果与填料高度成正相关73,因此可以通过增加填料高度来减少占地面积。进而降低了池容积和占地面积,使基建费用大大降低； (7)滤池稳定运行过程中，由于填料的机械截留作用以及滤料表面的微生物和代谢中产生的粘性物质形成的吸附架桥作用74使得对于SS的去除效果均较为理想，通过反冲洗便可以去除滤层中截留的污染物和脱落的生物膜,故在设计和建造中无需建筑二沉池,简化了工艺流程,模块化的结构设计,使运行管理更加方便； (8)曝气生物滤池的全封闭或半封闭的结构减少了其他污水处理工艺中存在的容易产生异味的问题,不存在污泥膨胀问题,也无需污泥回流。 164曝气生物滤池的分类 曝气生物滤池的分类，如果根据水流方向可分为上向流和下向流两种：上向流是由底部进水，底部通气，气水同向；而下向流则是从上部进水，底部通气，气水反向。但池型结构基本相同，其主体都是由滤池池体、滤料层、承托层、布水系统、布气系统、反冲洗系统、出水系统、管道和自控系统组成75。根据出水的处理效果和易于操作控制的角度来说，上向流曝气生物滤池在结构上采用气水平行上向流态，同时采用强制鼓风曝气技术，使气、水得到极好的均分，防止了气泡在滤料中的凝结，氧气利用率高且能耗低；同时，采用气水平行上向流，使空间过滤作用能被更好地运用，空气能将污水中的悬浮物带入滤床深处，在滤池中得到高负荷、均匀的固体物质，延长反冲洗周期，减少清洗时间和清洗需水、气量76。早期曝气生物滤池应用形式大多采用下向流，近些年来由于下向流形式的诸多缺陷以及上向流形式的众多优点在应用中被证实，上向流曝气生物滤池的应用和研究也因此逐渐成为主流。刘军等77通过动态模拟试验，综合对比各种污上海交通大学硕士学位论文 14染物质的去除效果，论证了上向流式曝气生物滤池的处理效果要优于下向流式曝气生物滤池。曝气生物滤池根据进水方式和填料的不同，曝气生物滤池工艺形式有BIOCARBON、BIOFOR、BIOSTYR、BI0SMEDI、BIOPUR、COLOX、DeepBed、B2A、SAFE、STEREAU等，而其中最有代表性和应用得最多的是BIOCARBON、BIOFOR、BIOSTYR BI0SMEDI、BIOPUR, 这几种工艺在世界范围内都有应用, 其构造特点见表1-1。按照污水处理的目的或者出水水质的要求不同，曝气生物滤池又可以分为：除碳工艺(BAF DC)；除碳/硝化工艺(BAF C/N)；除碳/硝化/反硝化工艺(BAF C/N/DN)；除碳/脱氮/除磷工艺(BAF C/DN/P)；反硝化/(除碳、硝化)工艺(BAF DN)。以上工艺虽然根据不同的处理目的进行区分，但在实际应用中则可以采用单池、双段或多段串联的运行方式以达到处理效果78。同时由于BAF的除磷效果较差，如果要实现有效除磷的要求则一般是在滤池前的混沉池中投加适量的除磷药剂或者是在反应器中使用除磷填料。 表1-1 不同类型曝气生物滤池构造特点79 Table1-1 Structure characters of different BAFs 工艺形式 进出水方式 填料 曝气管位置 反冲洗方式 BIOCARBON 上部进水，下部出水 石英砂 滤池中下部 气水联合反冲，底部设反冲洗气、水装置BIOFOR 下部进水，上部出水 陶粒 滤池底部 气水联合反冲，气水同时进入气水混合室BIOSTYR 下部进水，上部出水 聚苯乙烯 滤池中下部 气水联合反冲，反冲水采用下向流 BI0SMEDI 下部进水，上部出水 合成轻质滤料滤池底部 脉动反冲洗，反冲洗时下部形成空气室 BIOPUR 上部进水，下部出水 规整波纹板 滤池底部 气水联合反冲，底部设反冲洗气、水装置165曝气生物滤池工艺处理步骤 废水通过粗格栅拦截粗大的杂物及漂浮物之后，分别进入火山岩滤料和粘土陶粒滤料曝气生物滤池，经过生物滤池内一系列作用下得到净化，在沉淀池内悬浮物沉淀后，上清液待用或外排。在曝气生物滤池内，废水的处理具体如下: 废水通过滤池底部的进水口，通过鹅卵石构成的承托层，进入主要滤料层。两个曝气生物滤池滤料层中的滤料分别为火山岩生物滤料和粘土陶粒滤料。在火山岩滤料层中、上部添加有25cm的水处理设备中广泛采用的多面空心球填料。通过主要滤料层的废水经过15cm的马尾绳层之后，进入溢流槽，通过出水口流入沉淀池。 在废水进入滤池进水口的同时，滤池底部的进气口开始进气。气、水同时上上海交通大学硕士学位论文 15向流。 废水自下而上滤过时，不断与滤料层的滤料相接触，从而使微生物在滤料表面繁殖，形成生物膜。生物膜是由多种微生物和微型动物组成的生物群落结构，它利用污水中的有机污染物作为营养物质，进行分解代谢获得能量，并形成新的微生物机体，污水也在此过程中得以净化。因为有空气的持续供应，滤池内主要进行微生物的好氧分解代谢。 当滤池运行一段时间，填料内部出现污水中固体物质和脱落的生物膜的积累，堵塞水流通道，滤池水力负荷降低，此时就需要进行反冲洗。反冲洗时，关闭滤池进水口。将沉淀池中的水或洁净的水从滤池底部反冲洗进水口通入滤池，以较大的流量从下到上冲洗滤池内滤料3-5分钟。后打开反冲洗进气管通气。同时通水通气3-5分钟。之后关闭反冲洗进气管，通水3-5分钟。此反冲洗过程可反复进行，直到滤池内堵塞消除，同时还保持适当的生物膜。反冲洗出水溢出滤池顶端进入溢流槽，经出水口