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理工学院毕业设计(论文)外文资料翻译专 业： 给水排水工程 姓 名： 学 号： 外文出处： International Biodeterioration & Biodegradation 69 (2012) 62e68 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语： 签名： 年 月 日 好氧污泥颗粒对真正的印染纺织废水的有效处理本文报道在处理染整厂的废水时，采用序批式生物滤池颗粒反应器（SBBGR）所取得的成果。处理此类废水是具有挑战性的，因为它通常含有大量不同的具有抵抗性、毒性和抑制性的污染物，从而使生物降解性降低，并且需要进行大量的处理步骤。为了评估SBBGR应用时的有机负荷和水力负荷性能，在不同的运行条件下进行测试，并验证其是否适合于每个印染废水处理工厂。该测试报告演示的目的在于展示其创新生物技术的各种功能，因为除了其良好的处理效率之外，甚至可以达到高有机负荷值2.4-2.6kgcod m-3 d-1和超过一天的较低的水力停留时间。此外，该处理的特征在于污泥产量低以及每产生一公斤干污泥可除去0.1千克COD。因此，SBBGR已被证明是一种染色织物废水排入市政下水道系统前有效的预处理方法，因为它能产生具有高水力负荷和高有机负荷、低污泥产量的污水。1 介绍纺织工业的废水，尤其是那些经过染色、印花和整理等原始步骤的废水，是非常难处理的。由于其染料中的表面活性剂、重金属离子、清洁剂、溶剂和顽固的化合物等污染物的含量高，通常是有毒的生物废水。因此，纺织品废水一般的特征在于悬浮固体和化学药品的浓度高以及生化需氧量（BOD）与化学需氧（COD）的比值低。在纺织废水之前放一个单独的水处理机构，但单一水的处理技术通常是不能保证去除所有污染物。因此需要结合生物处理法（主要是基于活性污泥的系统）和物理化学方法（电凝聚、活性炭吸附、电化学、臭氧处理等），通常在处理厂集中进行。采纳可行的技术处理废水的效果在工厂层面将是最佳的，因为它可能带来在处理成本显著削减和潜在的促进水循环回用利用的效益。水循环利用似乎对纺织行业特别有吸引力，因为纺织行业与对高质量的水有相当大的消耗。序批式生物滤池颗粒反应器（SBBGR）可能代表了一种处理纺织品废水很有前途的解决方案。实验进行了使用这种类型的反应器（包括在序批处理模式下运营的水下生物过滤器）对市政、制革厂和渗滤液废水进行处理，揭示了该方法的几个处理性能，以证明SBBGR适合处理每个工厂纺织的废水。首先，反应器有体积小、低排放、高密实度的特点，随着微生物的发展在床上形成生物膜和颗粒，从而使生物量浓度非常高。此外，因为微生物被截留在填充材料内，该系统不需要设置连续的二次沉淀池进行泥水分离。由于粒状微生物的存在，硝化与反硝化作用可以同时发生。因此，生物处理的所有步骤（即，除碳，氨氧化，氧化氮还原）发生在一个单一的小型反应器内，可以高效率的去除COD，营养物质和悬浮固体。从操作的角度来看，这项技术显示出巨大的灵活性。由于微生物具有选择性，可以成功地处理废水的变流率、有效成分、降解有毒顽固的化合物，这些功能对于处理纺织废水是极其有用的。因纺织废水中的化学品具有高变异性的组合物，所以SBBGR非常适合工厂采用。 这种化合物的变异可以解释为纺织行业对工厂操作灵敏的需求结果：虽然只有几道工序但是每个几乎形成常规，大部分工序都不太频繁，但在生产的废水中却显示出分布的变化。先前的研究已经调查了序批处理反应器(SBR)对纺织废水处理的适用性。然而，在它们中的大多数合成废水通常是一些染料、葡萄糖或乙酸作为与另外的碳源组成，模拟纺织废水和营养物质（氮、磷等矿物质），以保证微生物的养料均衡。即使在实际废水的检查，一些补充都是为提供微生物的养料和纠正pH值。此外，这些研究没有分析表面活性剂的去除率，尽管他们在纺织工业中因为不同的原因而被广泛使用（例如润滑油、抗静电剂、润湿剂等）。因为表面活性剂的可生化性差，残留在工艺废水中，导致有机污染负荷超过总数的30%。去除表面活性剂的价格昂贵并且困难，对水生生物还产生毒性。在这项研究中，SBBGR用于纺织废水处理的适宜性是根据真正的印染厂规模建立的实验室装置得到的。真正的废水被视为是，没有任何另外的微观或宏观的营养物质，评估和验证生物质在SBBGR中适应稳定性应力的条件下（有毒化合物，营养物质的缺乏）对废水的有效处理能力。根据改变污水的有机负荷和水力负荷对SBBGR的性能进行分析，进而确定SBBGR被应用的最佳操作条件。2 材料和方法2.1 实验装置该实验室装置的SBBGR，是由1米长的内部直径为0.19米的机玻璃圆筒（图1a）的可编程全自动化控制的逻辑控制器（PLC）。两位于底部明显不同的部分可以在反应器中区别微生物床（体积：14L），在两个筛子之间用塑料支撑材料，而在反应器的顶部，设有两个液相曝气机（每个流量150L）。微生物从当地城市污水处理厂的活性污泥中接种。废水从底部送入（由蠕动泵以流速60Lh-1），通过扩散器均匀地分布。由外部回路保证溶解氧和底物生物量的分布（流速90Lh-1），回收的液相不断地从底部连续升流操作。一个电动阀开口所允许排放的污水位于液相放电床上。在床的底部进行水头损失的监测，当超过一个预先设定的值时用压缩空气清洗过滤器。图1 SBBGR草图和循环图：a）两个完全不同的部分可以被个体化：微生物床的底部和顶部的液相；b）循环包括在填充时间，其次是接触时间（好氧降解），并最终绘制阶段。在反应器的每个操作周期，包含填充阶段的时间（取决于进水体积），其次是接触期（好氧降解）的时间，在此期间，填充废水连续曝气，通过反应器循环使用床，并最终绘制阶段（15分钟）（图1b）。2.2 分析方法每星期在进水和出水监测两三次，测定的主要参数反映了反应器的性能。根据标准方法测定化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总悬浮固体（TSS）、挥发性悬浮固体（VSS）、总凯氏氮（TKN）和总的表面活性剂（铋活性物质，阳离子CAT和亚甲蓝活跃物质Silver）。总氮(TN)和TKN之间的差异值是氧化氮(NOxeN)的量。TN测量通过日本岛津所有限公司制作的碳分析仪(5050型)测量一个额外的总氮单元(模型TNM-1)。测量的光波有三个波长，即426纳米、558纳米和660纳米。所有去除效率的计算参数为：调查每次监测的运转状态，计算进水和出水样本之间减少的百分比。确定反应器系统的中的生物量浓度，从床体分离有工程代表性的样品。通过计算该采样体积估计载体元素以及床体每1升载体上的元素数（1023）。目前TSS和VSS是测量已知的所有污泥体积和洗涤拆下的载体和所用的自来水体积。对污泥容积指数（SVI）进行测试，验证污泥的沉降性能。2.3 废水成分和运营安排一个真正的染色厂提供了1立方米不同的被使用过的废水。废水经过筛选后被收集到的一个位于意大利科莫纺织区工厂的均衡池。工厂加工不同类型的纤维，该厂中含有出现率最高的粘胶，其次是混合酯和本伯格铜铵丝。该厂的生产链是基于不同的步骤，包括从准备（冲刷或碱处理）染色（使用 直接、分散或活性染料）、洗涤到整理过程（软化和热固性）。典型的纺织废水里含有的高变异的组成在该情况下也可以观察到。事实上，可检测到TSS的范围是45.6295.2 mg/L（平均126.863.2 mg/L），COD值得范围是365 mg/L到1345 mg/L之间(平均688mg/L280 mg/L) 。TKN和总表面活性剂的浓度分别为9.8 mg/L32.2mg/L(平均21.0mg/L6.1mg/L) 和4.3 mg/L35.7 mg/L(平均13.7mg/L7.0 mg/L)。BOD/ COD值低于0.1的低生物降解性是可以检测出的，整个实验过程中pH值和电导率是相当恒定的8.30.1和2.10.2mScm-1 。该反应器操作运行了200天左右。正如预期的那样,为了达到最佳的处理能力，操作条件，即每数天的周期中，液压、水力停留时间（HRT）和有机负荷率（OLR）都发生各种变化。特别是，本实验被分成了五个阶段，在这期间OLR逐步增加，通过减少HRT也就是说通过改变每个处理周期的进水体积而增加水力负荷。表1反映了反应器在整个实验的操作条件。值得强调的是，像其他任何生物处理方法中，在实验开始特别注意了微生物的生长和驯化。在初期（阶段1），OLR设定在一个较低的值，后来（阶段2-5）才逐渐增加。逐步加料方法的实施是因为担心生物对毒性废水环境的适应能力以及生物降解的能力。在实验操作时介绍了通常做的是对合成废水的研究。对真正的废水进行处理时，就不可能维持相同的进水浓度。事实上，真正的废水组成取决于生产链中所采用的工艺和化学药品。然而，为了考虑到成分变化的影响，在这项研究中污泥用在每个阶段，在一个阶段的结束并在下一个操作开始时，分析和验证操作的处理效率并核实该技术是否适合此时给定的条件。这种方法再现了一家纺织厂的实际情况，可以评估反应器在这样的变量影响下的表现如何。3 结果3.1 处理性能反应器的性能（以COD计、悬浮物、氮气、表面活性剂和颜色去除）总结在表2。 在整个期间，COD总是超过目前意大利排放入浅表水体的标准限额160mg/L。这样失败的原因，是由于一到四阶段的原料中存在的顽抗有关馏分的有机物。这是证明了的事实,无论一到四阶段OLR值如何（例如0.4-2.6 kgCODm-3d-1），污水处理后残余COD的值总是相同的(190235mg/L,平均值21032mg/L)。COD也通过确认存在的一个分数，在图2中记录的一个典型的处理周期趋势中，清楚地指出COD基本上是5小时后停止去除没有进一步的减少。 由于出水浓度几乎不变，期间COD去除率最小的约36最多的约80 。因为进水浓度的波动，前四个阶段，尽管进水的生物降解性非常低，均可达到稳定的性能（标准偏差小于10），平均COD去除率总是高于50。在四个阶段中COD的平均去除率约80。此外，在表2中的数据表明，SBBGR是能够满足COD排放到下水道系统的最大限额（500mg/L）。无论OLR值在任何范围0.4-2.6kgCODm-3d-1(阶段4)，对于系统高于3 kgCODm-3d-1（即阶段5），超过这一极限，表明SBBGR无法处理这么高的OLR值。至于TSS而言，减少的部分超过50（甚至高于90），除阶段5观察到生物质脱离的现象时，总能达到处理过的污水浓度在法律规定的范围内（允许排放至浅表水体80mg/L）。在污水处理第五阶段中固体的损失，是由于在高有机负荷的条件下微生物快速生长造成生物膜的不稳定性，少部分的微生物在一个紧凑的形式里循环流量的剪切力的作用下造成颗粒脱离。有机负荷的增加，大大影响去除效率。TKN由于异养和硝化微生物之间氧的竞争，异养自养细菌竞争溶解氧和居住区，导致抑制硝化作用。因此，观察去除率的下降，在第一阶段去除率高，在第四阶段去除率低于80%。特别是，在第五阶段，当施加最大的有机负荷时，TKN去除率低于30。在用SBR法处理海鲜产业的废水时发生过类似的结果：据报道，去除进水COD，TKN持续下降，因此有机负荷增加。此外，在上述的研究中，系统观测到，由于逐步上升的有机负荷，对于颗粒沉降造成困难。在SBBGR中同步脱氮的过程，是由污水氧化氮逐渐减少到浓度低于2mg/L的证明 （应当认为在处理周期没有最终缺氧阶段）。这是因为高浓度的微生物在反应器中连续缺氧、好氧的条件下生物层产生的。独立应用OLR几乎可以去除表面活性剂。在去除率40%90的范围内，平均可以达到70，测量OLR出水浓度为3-4mg/L。因为微生物的适应期，高浓度的污水出现在第一阶段和第二阶段的第一部分。但是，从来没有达到允许排放到水体的标准（2mg/L）。然而，除了第一阶段（适应期）和第五阶段（最高OLRS）外，其他阶段出水浓度比排入下水道系统的标准（4mg/L）低。3.2 脱色的潜力 从表2中的数据可见，脱色的处理是比较困难的。因进水巨大的差异而产生的影响：可以得到标准偏差与平均值，去除率在060%之间。出水的色度从来没有低于允许排入地表水体的标准。尽管只有部分色度得到了去除，出水色度似乎没有对排入下水道系统的标准造成大的影响。事实上，除了第五阶段，出水排入下水道前经过40倍稀释颜色几乎看不到，这个标准是可达到的。去除色度可以通过生物降解或吸附法。在以前的研究中所示，生物降解染料是在有氧条件下进行代谢偶氮染料，唯有偶氮染料可以使好氧生物质利用碳源和能源进行还原裂解。相反，厌氧生物处理法可以使偶氮染料和其他水溶性染料（即使在较小程度上）进行脱色。印染废水中的混合微生物发现经过培养驯化的微生物能够通过生物转化和生物降解对污水进行脱色。与单一物种的协同作用相比，混合培养的微生物可以实现更高的脱色效果。事实上，混合微生物可以集体完成生物降解的任务，而单一的物种不能完成。本文研究，在SBBGR处理的情况下观察，高浓度的污泥颗粒可以在缺氧的床体上进行染料的还原。此外，提高污泥的停留时间也可以促进生物质对染料的降解。众所周知，长的污泥龄可以有额外的时间使细菌适应有毒或抑制性化合物的环境，从而可以降解难以降解的化合物。除了先前解释的方法之外，吸附活的或死的微生物的生物量可能影响SBBGR工艺的脱色效果。这样的现象是微生物的生物量和染料的化学性质特定的函数：直接的、基本的和分散染料是最容易吸附的染料（活性污泥主要是通过吸附去除培养基中的可溶性和直接染料高的部分），而酸性染料的可吸附性不好。观察到较高的吸附能力是活细胞而不是死细胞，即使有很长的接触时间仍不能进行完全脱色。纺织工厂使用不同的直接、分散和活性染料产生的废水，去除色度的效率低在于废水中不定的组合物和丰富的染料种类。3.3 生物质表征和污泥产量在试验期结束时，由于该反应器的升流功能分层分布，在床上三个不同的高度采取样本检查生物量浓度进行评估。 很多直径0.5毫米左右的小颗粒嵌入在生物膜中，但容易形成可见的大颗粒。即使在浓度无显着差异的条件下观察，升流的操作也影响污泥的沉降性。事实上，底基污泥的SVI约为60cm3g-1，而微生物的床上的SVI约为80cm3g-1。这两个值显示出污泥沉降性很好。然而，底部的SVI值较低，是因为微生物颗粒对初始有机物质的使用性较高。具体的污泥产量0.1kgTSSkg-1CODremoved去除，低于传统的生物系统的污泥产量（0.4-0.6 kgTSSkg-1CODremoved）。一方面是由于污泥的处理带来了严重的环境问题，另一方面是污泥处理是废水处理中最昂贵的部分（约占总运营成本的50%60%）。值得强调的是洗涤步骤，从未达到水头损失的阈值（即2米）。平均污泥龄按大约160天，计算反应器年在整个实验过程中产生的污泥总量 。4 讨论得到的结果表明，即使SBBGR处理过的污水不允许直接排放，也很适合作为印染废水排放市政下水道系统前的预处理方法。事实上，已经取得了OLR良好的处理效率，高达2.4-2.6 kgCODm-3d-1，采用6-8h为一个周期，停留时间约20h。与此相反，尽管广泛使用活性污泥法，但常规处理厂的废水处理方法都不能用于纺织厂废水，不能充分除去色度、化学需氧量、氮和存在纺织废水的表面活性剂。事实上，活性污泥工艺中几种敏感的问题（如大多数商业染料），如微生物的毒性、污泥膨胀、絮凝效果，大大地影响处理效果。观察到SBBGR没有这样的问题，在出水中的低TSS和由样品中生物质优良的SVI值就是证明。填充和绘制系统，如SBRS，非常适合处理工业。因为易于操作，冲击负荷大和其固有的能力延长生物的停留时间。然而，在以往的SBR研究中，周期持续时间比这项研究中较高，从24h甚至48h，停留时间从30h到36-72h。这意味着之前平衡池中的废水需要更大体积的反应器来处理。在本文中循环周期为6-8h，循环周期为8h时OLR的值（范围0.19-0.29 kgCODm-3d-1)，循环周期为6h时OLR值（0.14-0.57 kgCODm-3d-1），也就是比这项研究中的OLR值低5-10倍和较高的水力停留时间（约48h）。这些结果的对比表明，SBBGR可以提供良好的处理效果，并且具有高的OLR和较低的水力停留时间，通过SBR处理印染废水意味着反应器的体积更小。此外，选择6-8h周期时，在把污水排入下水道系统前集中储存在平衡池中（需要避免处理后的废水进入污水峰值流量）不再是必要的。为更好地评估SBBGR处理方法方便，将本研究的结果与其他技术相比较，尤其在处理成本的计算上。然而，由于纺织废水成分的变化，为了保证技术的优点和缺点的良好评价，实验进行了相同的废水类型，分析了四种不同的生物做了一