（化学工艺专业论文）洗染废水处理工艺及机理的研究.pdf

硕士学位论文摘要 摘要 汐汐弓f ) 尹 服装洗染业是近年来发展起来的新型行业，这些洗染厂规模不 大，数量多且分散，产生的废水严重污染了环境。由于这些洗染厂的 废水难以集中，迫切需要研究开发一套投资低，占地面积小，简单有 效适合于洗染业特点的废水处理技术。 本文根据洗染废水的特点，研究了以物化法为主的治理技术。试 验所用水样取自株洲洗染厂，原废水水质为：p h 值为2 6 ；c o d 。，2 5 0 4 0 0 0 m g l ，且变化较大；色度2 5 0 1 0 0 0 倍，呈蓝黑色；浊度3 2 0 1 2 0 0 度。试验考察了p h 值，絮凝剂用量，搅拌时间及助沉剂等因素 的影响。其最佳工艺条件为：p h 值9 1 0 ，加入复合药剂为o 4 0 6 k g m 3 ，聚丙烯酰胺为3 4 9 矗，活化粉煤灰2 3 k g m 3 ，搅拌5 m i n ， 经混凝沉降后，c o d 。色度和浊度的去除率分别可以达到8 0 、9 8 和9 6 ，处理后水质达到国家二级排放标准。论文对絮凝剂以及粉煤 灰的作用机理进行了探讨。 针对物化处理洗染废水中絮凝物沉降速度慢，沉降体积大的缺 点，本文还研究了混凝一电解气浮法。试验结果表明：电解气浮过程 中，采用石墨作阴极，铁作阳极，电解电压一般控制在8 1 1 v ，废 水的c o d 。去除率可达到8 7 ，电能消耗约o 0 8 度m 3 。论文对电解气 浮机理进行了探讨。 最后，本文还进行了工业化试验，试验采用了二套流程方案。对 于简单的混凝沉降物化流程，处理后水质为：c o d 。， 1 5 0 m g 几，b o d 。 3 0 m g l ，色度 1 0 倍，浊度3 0 度，达到国家二级排放标准；该法过 程简单、占地面积小、投资少，适合一般休闲服洗涤废水处理。对于 物化法一生化法混合流程，混凝沉降作为一级处理，活性污泥法作为 二级处理，该法投资和运行费用稍高，但效果更佳，适合污染较重的 牛仔服洗染废水处理；废水经该法处理后，出水水质为：c 0 d 。， 5 0 m g l ，b o d 。 2 0 m g l ，色度 l o 倍，浊度2 5 度，可以直接回用。 关键词：洗染废水，物化法，混凝，电解气浮，生化法 硕士学位论文摘要 a b s t r a c t w a s h i n ga 1 1 dd y e i n gi n d u s t r i e s ，w h i c h 埘ms n l a l l s c a l ea 1 1 dg r e a t n u m b e r sw e r es c a t c 饿d ，h a v ep r 0 s p e r e d 洫r e c e n ty e a r s ，m ew a s t e w a t e r f r o mm e s ef a c t o r i e sh a v e b e e n p o l l u t i n g m ee n 、，i o m l e n t s e r i o u s l y b e c a u s et h ew a s 刍e w a t e rw a sh a r d l yc o n c e n 缸a t e d ，i ti s n e c e s s a f y t o d e v e l 叩a l ( i n do f n e w 仃e a t m e n t t e c l l i l o i o g yw i m t h ef e a t u r eo f s i m p l i c i 吼 1 i t t l ei n v e s 仃n e n ta n d b e i l l gs u i t a b l ef o r t h i si n d u s 仃y sc h a r a c t e r i s t i c s a c c o r d i n g t 0t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e w a s h i n g a i l d d y e i n g w a s t e w a t e r ，ak i n do fp h y s i c a l c h e n l i s 缸yt r e a m l e n tt e c h n o l o g yw a s d e v e l o p e d t h ew a s t e w a t e rf r o mz h u z h o u w a sf o u n dt ob em ec h a r a t e r s ： p h2 6 ，c o d 。2 5 0 4 0 0 0 m g l ，c o l o u r i t y2 5 0 1 0 0 0t i m e s ，t l l r b i d i t y 3 2 0 12 0 0 d e g r e e r n l e e 腩c t so fm 仃e r e n tf a c t o r ss u c h a s p h ， f l o c c u l a t i n ga g e n ta m o u n t ，s t i r r i n g t i m ea 1 1 d s e t t l i n ga g 肌t w e r e i n v e s t i g a t e d t h eo p t i m a lr e a c t i o nc o n d i d o l l si nt h ep h y s i c a l - c h e i t l i s 白哆 p r o c e s s ：p h9 1 0 ；i n o r g a l l i cc o m p o 吼dn o c c u l a t i n ga g e n t o 4 o 6 k g m j ；p o l ”c r y l 锄i d e3 4 一；a c t i v a t e dn y a s h2 3 k g ，m a n d k e 印i n gs t i r r i n gf i v er i l i n u t e s a f t e rc o a g u l 撕n gs e t t l i n g ，m ee 豌c tc o u l d a c h i e v et h er e m i v a le 衔c i e n c yo f8 0 c o d c ，9 8 c o l o u r i t ya n d9 6 t u r b i d i t y ；w a t e rq u a l i t ) ，c o u l d r n e e ti h es e c o n di n t e g r a t e dw a s t e w a t e r d i s c h a r g es t a n d 砌a tt h es a m et i m e ，f h n c t i o nm e c h a n i s m o f f l o c c u l a t i n g a g e n t a n dn y a s hw e r e i n i t i a l l yd i s c u s s e d f o rt l l ed i s a d v a n t a g e so fs l o ws e d i m e n t a t i o nr a t ea n dl a 唱ev o l u m e i nm e p h y s i c a l - c h e n l i s 仃y 仃e a 协1 e n t ，t h ec o a g u l a t i n ge l e c t r i c a ln o a t a t i o n w a ss t u d i e di nm ea r t i c l e t h er e s u l ts h o w e dt h a ti nt h ee l e c t r i c a l n o a t a t i 衄p r o c e s s ，c a m d ei sg r a p l l i t e ，a n o d e i sf e ，e l e c t r i cp r e s s u r ei s 8 1 1 v o l t ，c o n s u m p t i o n o fe l l e r g yi sa b o u to 0 8 d e g r e e n l j ；c o d 。， r e r i l i v a le 伍c i c n c yc o u l dr e a c h8 7 a n dm em e c h a n i s mo fe l c 们n i c a l f l o a t 撕o n p r o c e s sw a s 妞i t i a l l y d i s c u s s e d a t1 a s t ，t h ec o 咖n e r c i a lt e s t sw e r cs t u d i e d ；铆op r o c e s ss c h e m e s w e r ea d o p t e di nt h et c s t s f o rt h es i 玎1 p l en o c c u l a t i n gs e t t l i n gp h y s i c a l - c h e l l l i s 仃yp r o c e s s ，y i e l d i n g w a t e r q u a l 时：c o d 。r 15 0 m g l ，b o d 5 3 0 m g l ，c 0 1 0 u r i t y i ot i m e s ，t u r b i m t y 3 0 ；1 1 1 i sp r o c e s sp o s s e s s e d t l l c c h a r a c t e r i s t i c 8o f1 e s si n v e s t m e n t ，s i m p l ep r o c e s s ，a n ds m a l ln o o ra r e a ， i l 堡圭兰垡堡塞 塑量 a n dw a sf i tf - o rd e a l i n gw i m m ew a s t e w a t e ro fc o 衄o n s p o r t s w e a r s f o r t h ec o 1 b i n e dp r o c e s so fc o a g u l a t i i i g - b i o c h e i n i c a lp r o c e s s ，c o a g u l a 曲g s e t t l i n g w a s 砸i n a r y 仃e a t m e n ta n da c t i v a t e d s l u d g ep r o c e s s w a s s e c o n d a r y 仃e a t l t l e n t ；t h i sp r o c e s sp o s s e s s e dm ec h a r a c t e r i s t i c s o fl i t t l e m o r ei n v e s 缸n e m 托d 印e r a t i n gc o s ta n db e 拄e re 腑c t ，8 n dw a sf i t f o r d e a l i n gw i m t h es e r i o u s l yp o l l u t e dw a s t e w a t e ro fj e a n s ；t h ew a s t e w a t e r b e i n g 仃e a t c d ：c o d 。r ( 5 0 m g ，l ，b o d 5 2 0 m l ，c 0 1 0 面t y 1 ot i m e s ， t u r b i d i 2 5 ，卸dc o u l db er e c y c l e d k e yw o r d s ：t 1 1 ew a s h i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r p h y s i c a l 。c h e i l l l s 仃y p r o c e s s ，c o a g u l a t i n g ，e l e c 砸c a l 壬l o a t a t i o n ，b i o c h e 栅c a lp r o c e i i i 原刨性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同1 ：作的同志对本 研究所作的贡献均已在论文中作_ 厂明确的说明。 作者签名： 型：萄日期：型生年土月鸳日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，口 以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文：学校可根 据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名： 至垒鸶 导师签名 幽晕年一芷月埠日 硕士学位论文第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 引言 水是人们赖以生存的基础，人的基本生活和农作物生长均与水息息相关。我 国水资源总量虽处世界前列，仅次于巴西、加拿大、前苏联，占世界第四位，但 人均水资源占有量仅占世界平均数的1 4 ，排列世界第1 0 9 位，属世界1 3 个水 资源贫乏国家之一，全国6 1 7 余座城市中约有3 0 0 多座城市为缺水城市，占城市 总数约5 0 ，日缺水量约1 6 0 0 万m3 ，包括1 4 个沿海开放城市，全国3 2 个特 大城市，均属缺水城市之列。全国有8 0 0 0 万人饮水困难，城乡居民7 0 的生活 用水水质不符合饮用水最低要求。另一方面，我国水的污染又十分严重。随着工 业生产的飞速发展，工业污水的排放量日益增加，其对国民经济和人体健康的影 响，已是人类面临的严重问题。据专家预测，我国每年由于水污染造成的直接经 济损失约1 5 0 亿元。针对水资源紧缺与水污染的矛盾，水处理技术作为一门跨学 科跨专业的综合性技术将在环境污染治理和缓解水资源紧缺中发挥独特和重要 的作用。 水污染治理是多年来社会关注的热点，受到各行各业的高度重视，废水处理 作为生产工艺中重要一环，随着工业发展和人们环境意识的变化，废水处理技术 得到长足的发展。新工艺、新设备、新材料、新药剂不断得到开发，并向商品化、 简单化、高效化、系列化方向发展。1 。 1 2 课题研究的意义 服装洗染废水是近年来随服装洗染业发展而产生的一污染源，国内最早起源 于广东、江浙一带。服装洗染作为服装加工的最后阶段，包括染色、洗涤、柔软、 打磨等后续工序( 见图l 1 ) ，其主要目的是改善服装布料手感、外观和穿着的 舒适度。近年来由于市场需求，服装洗染业逐渐在一些服装集散地，如广州、株 洲等地发展起来。据株洲市环保局2 0 0 2 年统计，该市已登记在册的服装洗染厂 已达5 0 多家，这些洗染厂的特点是工厂规模不大，数量多且分散在城区。这些 工厂每天要产生上万吨需处理的洗染污水。衣物在打磨、加工和洗染过程中，大 量染料、纤维、无机、有机助剂、洗涤剂和打磨料等一起进入水体。不同的服装 其颜色、质地不同，将产生不同废水。另外服装在染色、打磨、柔软、洗涤、漂 洗等不同工序中，产生的废水无论量和质都有极大变化，因而造成了废水的复杂 硕士学位论文第一章文献综述 多变性。由于缺少适当的处理技术，这些污水大多未经处理就直接经下水道排入 江河，严重污染了环境，并威胁市民饮用水水源安全。在广东，洗染废水污染曾 一度成为当地媒体关注焦点，为此，当地政府对当地洗染厂进行了彻底整治和整 体搬迁。在湖南，2 0 0 2 年1 2 月，湖南电视台专门报导邵东服装洗染废水严重污 染邵水河事件，长沙晚报也以“j 0 0 0 吨废水染黑邵水河邵东县环保局局长被免 职”为题，表示了社会对洗染废水的关注。2 0 0 3 年5 月2 6 日，潇湘晨报以“堵 住湘江污染源”为题，揭示株洲洗染厂污染湘江事件。洗染废水已成为一种重要 的污染源，严重威胁环境和人类健康。 图l 一1 某洗染厂洗衣车间现场 湖南省环保部门对洗染废水治理研究极为重视，省环保局多次组织中南大 学、环保科技学院等部门专家到现场考察，商讨对策。2 0 0 3 年省环保局对“服 装洗染污水治理技术研究”进行立项，给予了专项资金资助+ 。目的是针对洗染 废水特征和变化规律进行研究，在此基础上，开发一套适合当地洗染厂特点、效 果理想、工艺简单、投资少、占地面积小的洗染废水新处理技术。 t 本项目为湖南省环保局科技三湘科研资助项目“服装洗染污水治理技术研究”，2 0 0 3 2 0 0 4 硕士学位论文第一章文献综述 1 3 洗染、印染废水处理技术 洗染废水作为一种新的污染源，目前很少见到有关研究报道，本文根据洗染 废水同印染废水在一定程度相似的特性，选择印染废水处理技术作为参考。目前 国内外印染废水处理技术主要分为物化法和生化法两大类。其中物化法主要包 括：混凝法、电化学法、氧化法等；生化法主要包括活性污泥法厌氧氧化法， 生物膜法等a “。 1 3 1 物理化学方法 ( 1 ) 混凝法 混凝法是废水处理目前常用的方法，作用对象主要是水中微小悬浮物和胶体 物质，通过投加化学药剂产生的凝聚和絮凝作用，使胶体脱稳形成沉淀而去除。 它能有效地脱除8 0 一9 6 的悬浮物和6 5 一9 6 的胶体物质，有效地降低水中地 c o d 。，成分及去除水中的细菌和病菌等，因而在水处理领域中得到了广泛的应用。 化学混凝法常作为辅助手段处理印染废水，预处理废水使之适应生物处理的 要求，或对生物处理的出水进行后处理，使之达到排放标准。由于染料的品种、 结构和性质多变，一些传统混凝剂的作用有所降低，对可溶性好的染料效果较差。 混凝法的关键在于絮凝剃的选择使用，无机混凝剂因其价廉易得而被广泛应 用，常用铁盐、铝盐及其聚合物。无机混凝剂对脱除印染废水中的染料有一定的 选择性，如f e ”、a l ”盐混凝剂主要以水解产物的电中和及吸附作用将染料去除， 因作用力较弱，故对分子量较大或胶态的染料有效，对分子量小、水溶性染料作 用不佳“1 。但是f e ”盐混凝剂对亲水性染料有独特的去除效果“+ ”。目前的絮凝剂 已进入高分子时代，传统的硫酸铝、氯化铁正逐步被种类繁多的有机和无机高分 子絮凝剂所取代。无机高分子絮凝剂一般具备无机混凝剂与有机混凝剂二者的优 势，比常规无机混凝剂的脱色效果好，絮体大，易于分离0 1 。目前所用的混凝剂 可分为无机混凝剂、多功能高效复合混凝剂、有机高分子混凝剂”1 。 李旭祥等采用改性淀粉絮凝剂处理印染废水“，李硕文等采用絮凝氧化法处 理印染废水。“，均取得了良好效果。混凝法受水温、p h 值、水质、水量等变化 影响大，对某些可溶性好的有机、无机物质去除率低。 ( 2 ) 电化学技术 近几十年来，髓着电化学科学和电力工业的发展，使处理成本大大降低，电 化学己成为一类具有竞争力的废水处理方法。 电解法处理废水的关键是电极技术。以铁1 、t i r u o ：n 3 1 、活性炭纤维“作 电极处理染料废水，废水中几乎所有有色物质的去除率大于9 0 ，c 0 瞻去除率 为4 0 9 0 ，对比表明，效果优于f e n t o n 氧化和絮凝法1 。v l y s s i d e s “”等以 硕士学位论文第一章文献综述 t i p t 为阳极，以3 0 4 不锈钢为阴极，处理含活性和偶氮染料的印染废水，电解 反应产生的c 1 、o 、o h 自由基和其它氧化剂把废水中的有机氧化物为c 0 。和h z o 。 j i a “，赵少陵等用活性碳纤维一铁复合电极处理印染废水，并在电解过程中 实现对活性炭纤维的再生。k i r k “”等人的实验表明，直接电氧化方法可使苯胺染 料的转化率达9 7 ，其中? 2 5 氧化为c 0 2 ，电解效率为1 5 4 0 。尚国平“”等 用电解浮选法处理含酸性染料的印染废水，c o d 。，的去除率为7 5 9 0 、但对色 度深、c o d 。浓度高的废水效果较差。电解法可以单独处理印染废水，也作为生 物法处理废水的预处理手段，可以使工艺流程有效又经济1 。 微电极法( 铁碳腐蚀法) 最常见的是以铁屑、碳粒组合成复合极性电极处理 印染废水，可收到较好的效果“。祁梦兰“”利用铁碳位电极过滤法取得较好的 脱色效果。但c o d 。，的去除率低。为了强化微电极法，在活性碳柱中加电极，利 用活性炭吸附和电解降解染料”1 。 其它电化学方法，如等离子体电解、电泳溶剂提取一偶合分离技术”，用 于染料的降解与回收。 ( 3 ) 氧化法 该法使用臭氧等氧化剂将染料的发色团氧化破坏而脱色。同时也将废水中的 有机物氧化成二氧化碳、水及氮氧化物等。氧化法所指的范围很广，除了常规的 直接用氧化剂( 包括仉、次氯酸、双氧水、芬顿试剂等) 进行氧化分解有机 物的方法以外，还包括湿式空气氧化、超临界水氧化、焚烧、催化氧化、光化学 氧化等汹“方法。它一般具有反应速度快，降解副产物少，广谱性好等优点。但 与传统的一些水处理方法相比，所需费用较高。因此，目前化学氧化法仅用于饮 用水处理、特种工业用水处理、有毒工业废水处理和以回用为目的的废水深度处 理等有限场合，目前还难以大规模广泛应用。 ( 4 ) 吸附法 吸附是一种物质附着在另一种物质表面上的过程。吸附按其作用可分为物理 吸附、化学吸附和离子交换吸附三种，水处理中大多数吸附现象都是上述三种吸 附作用的综合结果汹”3 。吸附法主要应用于印染废水的预处理和深度处理。常用 的吸附剂是活性炭和树脂，其它还有自土、硅藻土、炉渣、粉煤灰、焦炭、木炭、 珍珠岩、甲壳、纤维素、膨润土、蒙脱石及凹凸棒“3 1 等。由于吸附剂的再生费 用较高，因而限制了它的应用。 4 硕士学位论文第一章文献综述 ( 5 ) 气浮法 气浮法是通过生成吸附微小气泡附裹携带悬浮颗粒而带出水面的方法。气浮 法作为一种高效、快速的固液分离技术，始于选矿“。自2 0 世纪7 0 年代以来， 该技术在水处理领域颇受国内外学者的关注并得以迅速发展，目前己较广泛地 应用于给水，尤其是对低温、低浊、富藻水体的净化处理以及城市生活污水和各 种工业废水处理，对酸性染料、阳离子染料和直接染料等去除率达到9 2 以上 “”。h u a c h e ng u o 等1 用电絮凝和电气浮处理宾馆废水，油脂、c 0 d 。s s 的去 除率分别高达9 9 、8 8 、9 8 。g e h r “7 3 等用气浮法处理富营养化前驱物如藻类等 效果良好。 ( 6 ) 膜分离技术 早在7 0 年代初人们就尝试用膜技术来处理印染废水和回收染料。近年来在膜 材料、膜组件等方面取得了新的进展，提高了这种工艺的实用性“”。3 。回收染料 的再利用使该技术在经济上得到支持，但膜系统处理应用范围有限，而且操作中 的维护保养费用增加了运行成本。 ( 7 ) 过滤与离心法 过滤是一种简单、有效、应用普遍的方法，经常用于废水处理的预处理，目 的是去除废水中粗大的悬浮颗粒，以防止其损坏水泵，堵塞管道和管件。根据悬浮 颗粒的大小和性质，可以选择不同的过滤介质和设备。以格栅、滤布、滤料、筛 网为过滤介质的设备都属于常用的过滤设备旧。离心在废水处理中主要用于对 污泥的脱水和浓缩，采用的设备主要是离心机。 ( 8 ) 磁分离技术 通过向废水中投加磁种和混凝剂，利用磁种的剩磁，在混凝剂同时作用下， 使颗粒相互吸引而聚结长大，加速悬浮物的分离，然后用磁分离器除去有机污染 物，国内外高梯度磁分离技术在印染废水处理中的应用研究，已从实验室走向应 用。”1 ，为难生化或不可生化的印染废水治理开辟了新的途径。 此外，还有较多的其它物理化学方法被应用于处理印染废水或染料废水。如， 利用超声波辐射强化混凝法嘞”1 ；利用高压脉冲放电、辉光放电对水中的有机污 染物进行了氧化降解1 ；利用萃取法根据污染物在水和溶剂中不同的分配比来分 离和提取污染物。 硕士学位论文第一章文献综述 1 ，3 2 生物方法 废水生物处理是1 9 世纪末出现的污水治理技术，发展至今已成为世界各国 处理城市生活污水和工业废水的主要手段。目前我国已有近万座污水生物处理厂 ( 站) 投入运行。生物法是利用水中的微生物的新陈代谢功能，使废水中呈溶解 和胶状的有机物被降解，并转化为无害的物质，废水得以净化。常见的有活性污 泥法、生物膜法、厌氧生物处理法、酶生物处理技术、生物吸附降解技术等。用 生化法处理废水具有运行成本低，操作管理简单，但占地大，且微生物对营养物 质、p h 值、温度等条件有一定要求。 ( 1 ) 活性污泥法 活性污泥法是处理印染废水最常用的一种方法“，它是人类模拟自然界的水 体自净过程而创造的。自1 9 1 4 年在英国建成活性污泥污水处理试验厂以来，随 着生产上的广泛应用，对其生物反应、净化机理、运行管理等进行了深入的研究， 其工艺流程也不断有所改进和创新，活性污泥法得到了很大的发展，其主要工艺 流程包括推流式活性污泥法、短时曝气法、阶段曝气法、生物吸附法、氧化沟、 完全混合式活性污泥法等。 活性污泥法是采取人工曝气手段，使得活性污泥均匀分散并悬浮于曝气池 内，和废水充分接触，并在适宜的温度、p h 、营养供氧的条件下，对废水中所含 的有机物进行着合成和分解代谢活动，使有机物得以降解、稳定，同时不断的合 成新的微生物，维持曝气池中所需微生物与从曝气池中排出的部分剩余活性污泥 保持平衡“2 + “。如于文敦、刘晓东1 等采用活性污泥与其他方法方法结合处理化 工厂的染料废水，效果稳定，运转良好，经处理后出水c o d 。平均值小于1 5 5 m g l ， 色度 增白 过软油出机 2 3 2 洗染中所用主要药剂 ( 1 ) 休闲服 冰醋酸，软片、洗衣粉，纯碱，烧碱、草酸等。 ( 2 ) 牛仔服 酵素水，冰醋酸，软片，洗衣粉，纯碱，烧碱，双氧水，磷酸，高锰酸钾 草酸，固色机，硅油，荧光增白剂，染料等。 2 3 3 洗染废水的性质 本文自株洲x x 洗染厂提取不同的休闲服和牛仔服的洗染废水，对其p h 值、 c o d 。色度、浊度进行实验测定研究( 测定结果如表2 4 所示) ，以确定其基本 性质与变化规律，为治理研究提供理论基础和指导。 洗染废水具有水量大、色度高、组分复杂等特点。废水中含有浆料、酸碱、 纤维杂质及大量的无机盐、硫化物等。含硝基和氨基的染料化合物具有较大的生 物毒性，严重污染环境。同时，由于竞争激烈，随行就市，洗染种类变化很大， 工艺也不断变化，造成废水水质多变。 不同的洗染厂加工工艺不同，一般主要经过退浆、漂白、打磨、软化、染色 等工序，洗染过程各工序排出的废水构成洗染废水，其主要污染物为： 悬浮物：打磨材料碎屑、棉纤维、浆料、整理药剂等； c 0 d 讲染料、还原漂白剂、纤维素酶、硫化物、淀粉整理剂等； b o d ；：有机物、如染料、浆料、表面活性剂、加工药剂等； 色度：染料在废水中显现的颜色，主要为蓝黑色。 从表2 4 可知，休闲服洗染废水的水质为：p h 为2 5 5 5 ，c o d 。，2 5 0 1 0 0 0 m g l ，色度2 5 0 4 7 0 倍，浊度3 2 0 7 7 0 度。牛仔服洗染废水的水质为：p h 为2 4 5 1 ，c o d 。，6 0 0 4 0 0 0 m g 几，色度3 2 0 9 3 0 倍，浊度4 0 0 1 2 0 0 度。可 以看出，洗染废水中休闲服洗水的c 0 d c 。值在1 0 0 0 以下，色度、浊度相对较低， 而牛仔服洗水的c o 如值高达4 0 0 0 i i l g l ，色度、浊度也较高，且波动较大。这是 硕士学位论文 第二章废水特性及检测 表2 4 洗染废水的基本性质 因为休闲服洗染工艺简单，洗染过程中加入药剂较少，而牛仔服洗染工艺复 杂，洗染过程中加入大量药荆，同时衣物需打磨，大量纤维被磨损或溶蚀进入 水体，造成了废水复杂多变。洗染废水在夏秋季的p h 相对冬春季较低而c 0 d 一 色度、浊度均较高，这是因为夏秋两季服装质地较薄、颜色较浅，要达到这样的 效果需进行大量的打磨和漂洗整理，整理中加入大量的冰醋酸，造成废水p h 较 低，大量的打磨材料、纤维和药剂进入水体，造成高浓度的c o d 色度和浊度。 测定表明，洗染废水放置之后，水质都有一定的变化，废水的p h 值升高， 休闲服洗染废水的c o d 。值、色度和浊度都明显的降低，而牛仔服洗染废水的c o d 。， 值、色度和浊度降低不明显，而且部分废水的c o d 。值存在上升的现象。 根据洗涤流程及药剂配方，洗染采用石洗和酵素洗，所采用的纤维素酶m “3 是一种复合酶，它首先对纤维素作用，破坏纤维素主链的结晶结构，起水解作用； 然后作用于经c 。酶活化的纤维素，生成纤维二糖、纤维三糖等多糖；最后将其 降解为葡萄糖。棉纤维通常由不同性质的同轴层组成，分为初生壁和次生壁。最 外层为初生壁，含果胶质和蜡质较多，呈网状形态，且纤维中非晶区较多，其聚 合度较次生壁低。次生壁的纤维素分子紧密堆积，因此受纤化学药荆和维素酶的 作用影响的主要在初生壁。纤维素酶作用是通过酶的催化作用形成种酶作用的 复合物，即纤维素酶纤维素复合体”。由于大分子酶复合体不能渗透入纤维内 部，因此它主要是在织物表面起作用，并在此断开纤维素键，特别会侵袭细支纱 和疏松结构。因此大量疏松的纤维在生物酶和表面机械作用影响下断开进入水 体。根据资料介绍，经酵素洗后，衣服的失重率一般为3 8 ，有的甚至能 达到“。这些分解的棉纤维以及衣物表面浆料、表面活性剂、软化剂、漂 1 4 硕士学位论文第二章废水特性及检测 白剂等。放置较长时间后，废水中溶解的链状分子断裂，多聚物水解，因而造成 了部分废水水质恶化，c o d 。值上升。 因为洗染过程中造成大量的棉纤维、浆料、以及打磨材料进入水体，这些物 质大部分悬浮在水中或以胶体的形态存在，使水中含有较多的凝结支点，较容易 吸附聚集和凝结，因此废水放置一段时问，水的色度和浊度都有一定的降低，这 也表明洗染废水具有较好的脱色特性，为混凝沉降提供了一定的依据。同时由于 洗染过程中大量使用纤维素酶，造成很多的纤维素酶高分子溶解在水体中，这些 高分子含有较多的碳、氮等元素，一定程度上提高了洗染废水的可生化性。 经研究发现洗染废水相对于印染废水而言，具有以下特点： ( 1 ) 废水中含有大量的纤维、浮石打磨碎屑和浆料等物质，这些悬浮物 和胶体提供了大量的凝结点，使洗染废水脱色相对印染废水容易。 ( 2 ) 由于洗染工艺不同，且不同的服装其颜色、质地不同，将产生不同 废水。另外服装在染色、打磨、柔软、洗涤、漂洗等不同工序中， 产生的废水无论量和质都有极大变化，因而造成了废水的复杂多变， c o d 。，过高废水c o d 。的去除比较困难。 ( 3 ) 洗染打磨过程中使用大量的纤维素酶，在一定程度上提高了废水的 可生化性。 ( 4 ) 洗染废水中含染料相对较少，且色度比较单一，主要为牛仔服系列 的蓝黑色。 硕士学位论文第三章混凝沉降试验 3 1 混凝沉降流程 第三章混凝沉降试验 洗染流程分析和废水性质特性研究表明：废水中污染物主要为一些悬浮在水 体中的断碎纤维、浮石打磨碎料、各种残余药剂以及酶分解后的有机高分子等， 大部分以悬浮物固体、胶体形式存在。本文在大量试验基础上，提出了沉降、吸 附过滤流程( 见图3 1 ) ：在一定p h 条件下，加入絮凝剂和助凝剂，使胶体脱稳 而形成沉淀去除。围绕该流程，本文详细考察了p h 值，药剂用量。搅拌时问及 助沉剂等因素的影响，并通过正交试验确定最佳工艺条件。 亍甲 选鎏l 匿盘一圃一函一匿i 受园一擅监一厦j i i 重圈 i 扭渣 3 2 影响因素及讨论 3 2 1 无机絮凝剂的选择 混凝沉降是一种常用的废水处理方法，所采用的絮凝剂分为无机和有机二大 类，本文根据废水性质和絮凝剂来源，首先对硫酸亚铁，硫酸铁，明矾，硫酸铝， 聚合铝铁，聚合硫酸铁以及自制的复合药剂等无机絮凝荆进行考察。浓度选用 1 0 ，用量为o 5 m l ，废水量为1 0 0 m l ，经搅拌静置后测定上清液p h 、c o ，、外观 的变化来比较絮凝剂效果。 由表3 1 可以看出聚合铝铁和自制无机复合药剂l f m 对洗染废水的处理效果 明显优于其它几种混凝剂，考虑到聚合铝铁相对于复合药剂来说，价格较贵，处 理后水中含有较多的铁离子，水会略带黄色，影响处理后废水的视觉效果，且有 一定的腐蚀性，易腐蚀设备，故无机絮凝荆选用自配复合药剂。 可以看出加入的几种药剂对洗染废水均有一定的处理作用，由胶体粒子的双 电层结构可知，反离予的浓度在胶粒表面处最大，并沿着胶粒表面相外的距离呈 1 6 化学式fc l i ( 洲) m f e ，c k 。 ) 式中：n ，m ，p 为整教，是铝和铁的水解中间多棱络台物 递减分布，最终与溶液主体离子浓度相等。当向溶液中投加电解质，溶液中离子 浓度增高，胶体扩散层厚度就会相应缩小。这个过程的实质是加入的药剂电离的 离子( 如a l ”，f e “) 与扩散层原有的反离子之间的静电斥力把原有部分的反离子 挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。由于扩散层厚度减小，电位相应下 降，因此胶粒间的相互排斥力也减小。由于扩散层变薄，胶粒相撞时的距离也减 小，胶粒能够凝聚。因为聚铁，聚铝为高分子聚合物，其水解聚合的中间产物 及与不同阴离子的结合体是由一些不同聚合度的聚合阳离子和羟基多核络合物 所组成，具有较高的分子量，且带有较多电荷，可以中和胶体颗粒表面所带的负 电荷，同时表现出很强的吸附力；另一方面由于这些离子有很强的水化能力，能 夺走胶粒周围的水分子，起到破坏水壳作用。通过以上作用，胶粒将失去原来的 稳定性，相互之间发生凝聚，形成矾花经沉淀去除。 硕士学位论文 第三章混凝沉降试验 3 2 2 无机复合药剂l 刚用量的影响 ， 无机复合药剂l 硎加入量太小时，不能充分吸附废水中的胶体物质，只形 成少量细小絮团：加入量太大时，虽然能形成较大矾花，但沉淀量增加，增加 后续过滤工序负担，另外处理成本也增加。因此，对特定的被处理体系而言， 有一个最佳加入量范围。 分别取废水样1 ( p h ：2 4 3 ，c o d “6 7 4 0 1 6 m g 几，色度：3 2 4 倍，浊度： 4 0 0 度电导率：0 6 4 1 0 3 扯s c m ) ，废水2 ( p h ：4 6 4 ，c o d 。：2 5 6 5 1 2m g 几， 色度：6 6 7 倍，浊度：8 4 0 度，电导率：o 9 8 1 0 3 p s c m ) 1 0 0 m 1 ，逐步改变无 机复合药剂l f m 的用量，测定水质变化。考查不同量的无机复合药剂对废水的 处理效果。 1 0 0 9 5 9 0 嚣略 一 * b o 盎 们7 5 7 0 e 5 0 1o2o3 o405口b 07o8o91o 无机复合药剂l f m 的用量f m i ) 图3 2无机复合药剂l f m 用量对废水l 处理效果的影响 0 1o2o3o4o5080708091o 无机复合药剂l f m 的用量( m i ) 图3 3 无机复合药刑l f m 用量对废水2 处理效果的影响 们 帅 ：2 ：2 加 ：2 拈 一孚一瓣堑q 硕士学位论文第三章混凝沉降试验 由图3 2 和图3 3 可看出，在0 2 m l 0 5 m l 范围，随着无机复合药剂l f m 用量的增加，废水的c 0 d 。，、色度和浊度的去除率均有明显增加，但大于o 5 m 1 后，各去除率哇珏线走向平缓，再增大无机复合药剂l 雕的用量，废水的处理效果 变化不大。根据中和吸附理论，胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分 子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带 电荷，减少了静电斥力，降低了电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。此时静 电引力常是这些作用的主要方面。当胶粒吸附过多的混凝剂粒子时，胶粒的电性 发生改变，从而胶粒之间的排斥力增强，胶粒又会从新达到稳定分散的状态，因 此处理效果反而下降。因此可知开始加入药剂时，废水中胶体吸附复合药剂中带 正电荷的粒子，中和了废水胶体的反离子，使废水胶体脱稳凝聚，对废水的处理 效果明显，但是加入药剂过多，胶粒表面吸附过多的复合药剂阳离子，胶体的电 性变为吸附离子的电性，排斥力又会变大，使废水中胶粒发生再稳现象，因此处 理效果不会明显改善。为此，药剂用量选择为o 4 o 7m l 1 0 0 m l 废水。 3 2 3 有机高分子絮凝剂的选择 通过前面的试验，选用无机的无机复合药剂l f m 处理洗染废水，虽然有一定 的作用，但是处理过程中，消耗的药剂量较大，且生成的絮体较小。沉降体积也 较大，水的处理效果也不是非常理想，因此考虑选择高分子絮凝剂共同作用处理 废水。 分别取废水10 0 m l ，先向废水中加入o ，4 m l 的无机复合药剂l f m ，快速搅拌 后分别加入o 2 m l 浓度为2 l 的聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠高分子絮凝剂，搅拌后 测定其沉降速度和上清液的c o d 。，去除情况，如表3 2 和图3 4 所示。 表3 2 有机絮凝剂的作用对比 1 9 硕士学位论文第三章混凝沉降试验 5 0 4 5 省4 0 篷* 螯3 0 圈 脯为 1 一聚丙烯酰胺，2 聚丙烯酸钠3 一无高分子絮凝剂 图3 4 有机絮凝荆对沉降效果的影响 由表3 2 可以看出聚丙烯酰胺，聚丙烯酸钠去除废水的c o d 。，效果不明显， 但它们对絮团有很好的聚集作用，从图3 4 可以看出加入高分子絮凝剂后沉降速 度明显加快，且沉渣体积减小，其中聚丙烯酰胺的处理效果较好。 聚丙烯酰胺( 聚合度为2 1 0 4 9 1 0 ，相应的分子量为1 5 10 8 6 1 0 6 ) 和聚丙烯酸钠( 分子量2 1 0 4 3 1 0 4 ) 均为水溶性高分子絮凝剂，分子式分别 为： 彳c h 2 一 h 毫 c o n h 2 ( 1 ) 七c h 2 一c h 毫 c o o n a ( 2 ) 由于其分子具有线性结构。链中含有一定数量的极性基团，这类高分子物质 可被胶粒强烈吸附。聚合物在胶粒表面的吸附来源于各种物理化学作用，如范德 华引力、静电引力、氢键、配位健等，取决于聚合物同胶粒表面二者化学结构的 特点。因其线性长度较大，当它的一端吸附某一胶粒时，另一端又吸附另一胶粒， 在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒之间变大，形成粗大絮凝体。这些 硕士学位论文第兰章混凝沉降试验 粗大絮凝体在沉降过程中通过卷扫作用，可以将微小的絮体携带沉降。胶体粒子 的大小变化对其稳定性有很大的影响很大，当颗粒较大时，由于质量与表面电荷 的比也大，因此它不会具有足够的表面电荷来造成粒子彼此间的排斥力，而粒子 颗粒越小，其质量与表面电荷的比越低，因之表面电荷有足够的相互排斥力，阻止 凝集现象发生。因此加入有机高分子絮凝剂可形成粗大颗粒，能帮助其絮凝，絮 凝过程中主要是吸附、架桥和卷扫作用。 3 2 4 聚丙烯酰胺( p 棚) 用量的影响 高分子絮凝剂的投加能够提高絮凝效果，但是投加过量，很容易造成胶体的 再稳。为此取废水1 和废水2 为1 0 0 m l ，分别加入o 5 m l 和o 6 m 1 复合药剂，改 变聚丙烯酰胺用量，研究不同聚丙烯酰胺用量对废水的处理效果的影响，选择较 佳的聚丙烯酰胺投加量。 1 0 0 弱 辞晦 髀 畿瑚 粕 7 5 7 0 衢 0 10 20 3 聚丙烯酰胺用量( 州) 图3 5p a m 量对废水l 处理效果的影响 图3 5 和图3 6 很好的反映了p a m 投加量对废水处理效果的影响，开始加入 p a m 时，废水的c o d 。，去除率都有明显的提高，当投加量超过0 2 m l 时，随着投加 量增加的，废水的c o d 。，去除率却无明显的改善。而整个p a m 投加过程中，废水 2 1 硕士学位论文第三章混凝沉降试验 1 9 5 9 0 爨 一8 5 料 凿 稍8 0 7 5 7 0 帕0 s0 0 0 50 1 00 1 50 2 002 503 003 50 4 00 4 5 聚丙烯酰胺用量( m i ) 图3 6p a m 量对废水2 处理效果的影响 色度和浊度的去除率有一定的提高，但变化不明显。这是因为p a m 的分子链很长， 这就使它能在两个粒子之间架桥，一个分子能同时吸附几个粒子，使它们拉在一 起形成粗大絮凝体，较快沉降。沉降的速率取决于絮凝剂的浓度和悬浮固体的浓 度。如果高分子絮凝剂的投加量过多时，胶体微粒就被若干高分子链包围，造成 胶体表面饱和产生在稳现象，阻碍絮体沉降，造成沉降量大等后果。因此在废水 处理中，p a m 的投加量不能过多，1 0 0 m l 的废水中p a m 的量不应超过o 3 m l 。 32 5p h 值的影响 通过无机复合药剂l f m 和有机絮凝剂对洗染废水的处理试验发现，无机和有 机絮凝剂复配使用时，废水的处理效果较好，沉降速度也有一定地提高，无机和 有机药剂存在多种离子，这些离子的电离与溶液的p h 值关系密切。分别取1 0 0 m l 废水样1 、废水2 ，调节p h 值后，加入浓度为l o 的无机复合药剂l f m o 5 m 1 ， 浓度为o 1 9 9 的p a m o 2 m l ，研究不同的p h 值时废水的处理效果，以确定混凝 反应中最佳的p h 值。 由图3 7 和图3 8 可以看出，开始随着p h 值的升高，废水的处理效果逐渐变 好，可是当溶液的p h 值超过1 0 以后，废水的处理效果却有所下降。这是因为p h 硕士学位论文 第三章混凝沉降试验 孚 一 静 篮