（化学工程专业论文）混凝沉降与生物转盘组合处理印染助剂废水研究.pdf

摘要 摘要 生物转盘适合于小型废水处理系统，但它不适合于处理高浓度的有机废水。 本文针对本公司在纺织印染助剂生产车间新建投产后面临的老设施、老工艺处理 新产量、新特征废水的具体问题进行了研究，分析了工艺改造和试验运行。最终 对本公司原采用的生物转盘处理该厂废水的工艺方法做了进一步改进，找到了一 种更适合于本厂车间投产扩建后新产量和高负荷的污水处理工艺方法，取得了理 想的社会、经济效果。 本设计是在原有污水处理工艺存在缺陷和生产能力不足的基础上，对其工艺 系统进行了系统的改造。将c o d c ，浓度很高、难降解的纺织印染助剂污水集中 起来单独进行混凝沉降预处理，以除去这部分废水中难溶的和溶胶状的有机废 物。本文详细探讨了混凝n - - 氯化铁的选择及其用量的确定、混凝反应的p h 值 的确定为9 5 1 0 5 、搅拌速度定为快速1 5 0 r p m 和慢速3 0 r p m ，在此基础上，混 凝沉降能降低印染废水浓度c o d c 。2 0 - - 4 0 的。 本文还解决了原废水处理工艺造成生物转盘中的废水水质波动很大的问题。 主要通过将调节罐中废水的p h 值控制在8 上下、废水深度控制在3 米以上，一 方面成功地将印染废水中难生化降解的大分子有机物水解酸化，变成易生化降解 的小分子有机物，提高了废水的可生化降解性；另一方面，成功地将调节罐内废 水的浓度c o d c ，控制在7 0 0 8 5 0 m g l 之内，使生物转盘的入口废水水质基本稳 定，生物转盘的处理效果也相应变得稳定，其降解率稳定在8 7 6 至9 0 6 之间。 原废水处理系统改造后，每年为公司节省开资5 2 万元，1 0 个月就能收回本 次改造投入的4 0 万元。 本文通过将生物转盘中的各种生化反应简化成单一反应物生成单一产物的 模式，用数学分析的方法，找出了生物转盘处理本公司废水中污染物质的规律， 即生物转盘排放废水浓度占其入口废水浓度的百分数与水力停留时间的关系为： i n s o ：0 0 2 7 s 关键词：生物转盘；混凝沉降：厌氧处理；纺织印染废水 华南理t 大学硕士学位论文 a b s t r a c t a r o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o r ( r b c ) i ss u i t a b l ef o ras m a l lw a s t ew a t e r t r e a t m e n ts y s t e m b u ti ti sh a r df o rr b ct od e g r a d eh i g h - c o n c e n t r a t i o n o r g a n i c w a s t e t h ec o m p a n yc a m ea c r o s sah a r ds i t u a t i o nt h a tt h ee x i s t i n gw a s t e w a t e r t r e a t m e n ts y s t e mc o u l dn o td e g r a d et h et e x t i l ew a s t ew h e nt e x t i l ec h e m i c a l sw e r e i n t r o d u c e di n2 0 0 1 w es t u d i e dt h ep r o b l e m ，i d e n t i f i e di m p r o v e m e n t ，a s s e s s e dt h e p r o c e s sc a r e f u l l y ，d i dm a n ye x p e r i e m e n t sa n dc o m m i s s i o n i n g s f i n a l l yw ef i n do u ta s o l u t i o nw h i c hu t i l i z e dt h ee x i s t i n gr b ca n dt r e a t e dt h en e w i n t r o d u c e dt e x t i l e w a s t ew a t e ri nac o s te f f e c t i v ew a y w ef o c u s e do nt h ed e f i c i e n c i e so ft h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n ts y s t e m ，a n dt r i e dt o f i n do u tas y s t e m a t i cs o l u t i o n t h ef i r s tp a r to ft h es o l u t i o ni st os e p a r a t et h et e x t i l e w a s t ew a t e ra n da p p l yc o a g u l a t i o na n df l o c c u l a t i o nt oi tb e f o r ei ti st r a n s f e r r e di n t o t h eb u f f e rt a n kw h e r et h er e s tw a s t ew a t e ro ft h ec o m p a n yi st e m p o r a r i l ys t o r e d i ti s d e s c r i b e dt h a tw h yf e r r i cc h l o r i d ei ss e l e c t e da sf l o c c u l a t i o na g e n ta n dh o wm u c hi t i su s e d a l s ot h em o s ts u i t a b l ep hv a l u ei sf i x e df o rt h ef l o c c u l a t i o n h i g ha g i t a t o r s p e e d15 0r p mi sd e t e r m i n e dt od i s s o l v ef e r r i cc h l o r i d ew h i l el o ws p e e d3 0r p m t o d i s s o l v eo 1 m a g n a f l o ci no r d e rt og e tg o o df l o c c u l a t i o ni n t h e r e a c t o r t h i s r e a c t i o nr e s u l t si n2 0 4 0 r e d u c t i o no fc o d c rf r o nt h et e x t i l ew a s t ew a t e r w ea l s ot r i e dt om i t i g a t et h es h a r pc h a n g eo fw a s t ew a t e rc o n c e n t r a t i o nc o d e r i nt h eb u f f e rt a n k t w om a i nc o n d i t i o n so ft h eb u f f e rt a n kw e r em o d i f i e d ，o n ei s c o n t r o li t sp hv a l u ea r o u n d8 ，t h eo t h e ri st ok e e pt h ed e p t ho fw a s t ew a t e rm o r et h a n 3m e t e r s t h eu e wc o n d i t i o n sf a c i l i t a t et h ea n a e r o b i cp r o c e s sw h i c hh y d r o l y z e ss o m e c o m p l i c a t e do r g a n i cm o l e c u l e si n t os m a l lm o l e c u l e s a n dt h es m a l lo r g a n i cm o l e c u l e i ss u b j e c tt ob i o d e g r a d e di nr b c a tt h es a l t l et i m et h e3m e t e r d e p t ho fw a s t ew a t e r m e a n st h a tt h e r es t o r e sal a r g ea m o u n to fw a s t ew a t e rw h i c hc a nm i t i g a t et h ep u l s e o fo r g a n i ca n dm a k et h ew a s t ew a t e rm o r ec o n s i s t e n t c o dh a sb e e nk e p ta m o n g 7 0 0 m g la n d8 5 0 m g l ，w i t hc o n s i s t e n tw a s t ew a t e rt ot h ei n l e tr b ca l s or e a c h e da c o n s i s t e n tp e r f o r m a n c e a n dt h er e d u c t i o no fc o dh a sb e e nk e p ta m o n g8 7 6 a n d 9 0 6 t h em o d i f i c a t i o no nt h ew a s t ew a t e rt r e a t m e n ts y s t e mw a si n v e s t e d4 0 0 ，0 0 0 y u a n ，i tc a ns a v e5 2 0 ，0 0 0y u a nf o rt h ec o m p a n ye a c hy e a r t h ei n v e s t m e n tc a nb e c a l l e db a c ki n1 0m o n t h s af o r m u l a t i o ni s d e v e l o p e d t od e s c r i b et h er e l a t i o no f l e a d t i m ea n d i i a b s t r a c t c o n c e n t r a t i o no fc o di nr b c ： 1 n s _ l 0 ：0 0 2 7f s k e y w o r d s ：r b c ；c o a g u l a t i o na n df l o c c u l a t i o n ；a n a e r o b i ct r e a t m e n t ；t e x t i l e w a s t e w a t e r i n 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 肖。i 、阗 日期：k 西年月t 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密囱。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 日期：w 5 年，月h 日 日期：力扩车垆月f 日峨也 卜成研 fr杞v ，锣 第一章绪论 第一章绪论 众所周知，水，既是包括人类在内的所有生命形式存在的载体一生物圈的基 质、材料，又是生物圈的物质、能量转换、循环的载体、媒介，是万物之源，同 时，水也是极其宝贵的自然资源。随着经济和社会发展，水的矛盾，特别是水环 境污染的加剧，已成为制约我国可持续发展的一大因素。大量未达标或未经处理 的废水排入天然水体，使我国的江河湖泊和近岸海域大多受到了不同程度的污 染，严重损害了经济社会可持续发展的环境和人民群众的生活环境。因此，根据 不同的企业具体情况来研究适合处理该企业排出废水的水处理方案，从而使排污 达标，成为环境保护工作者的当务之急【l 】。 1 1 当前工业废水处理概况 1 1 1 废水处理的急迫性 人类社会进入工业化以来，由于环境污染，很多淡水水体也随之遭到污染， 水质恶化，清洁的水越来越少。随着工业生产的进一步发展以及人们生活水平的 进一步提高，水资源不足的问题将会更加严重。水处理是人类任何时候都必须进 行的一项重要工程。水资源与其他资源如煤、石油、矿物、木材等资源不同，水 是一种可再生资源，水处理是水资源再生的重要手段。利用生物方法进行水处理 使水资源再生，无论现在和将来都是水处理的主要途径之一。 近2 0 年来，科学工作者和工程技术人员在废水处理方面取得了很多成果， 但是由于工业的飞速发展，很多最初设计的水处理工艺已经不能承受日益增长的 废水排放量。 我国的水环境当前存在的主要问题有三个：一是水资源短缺；二是水污染； 三是水的极大浪费。七十年代以来，尽管我国在水污染防治方面做了很多工作， 但水污染的发展趋势仍未得到有效控制，工业污水和生活污水排放量不断增加， 绝大部分污水未经处理直接排入水体，许多江、河、湖泊、水库的水质仍在下降。 我国本来就是一个缺水国家，全国6 0 0 多个城市目前大约有一半城市缺水，而水 污染使缺水形势显得更为严峻。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能， 进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重 的负面影响，而且还严重地威胁到城乡居民的饮水安全和人民群众的健康 2 , 3 1 。 自1 9 8 5 年以来，我国每年有3 5 0 4 0 0 亿吨左右的污水排放，5 0 左右的工 业废水未达到排放标准。全国5 3 2 条主要河流中有8 2 受到不同程度的污染： 全国有监测系统的1 2 0 0 条河流已有8 5 0 条受到污染：9 0 以上的城市水域受到 华南理工大学硕士学位论文 严重污染。 1 9 9 9 年，全国工业和城市生活污水排放总量为4 0 1 亿吨；比上年增加6 亿 吨。废水中化学需氧量( c o d c ，) 排放量6 9 7 万吨。1 9 9 9 年，我国工业废水处理 率( 含县及县以上工业和重点乡镇工业污染源) 为8 7 2 ；工业废水排放达标率 为6 6 7 ，县及县以上工业废水处理率和排放达标率分别为9 1 1 和7 2 1 【”。 2 0 0 0 年，全国工业和城市生活污水排放总量为4 1 5 亿吨，其中工业废水排 放量1 9 4 亿吨，城市生活污水排放量2 2 1 亿吨。废水中化学需氧量( c o d c ，) 排 放总量1 4 4 5 万吨，其中工业废水中c o d c ，排放量7 0 5 万吨，生活污水中c o d c ， 排放量7 4 0 万吨。2 0 0 0 年，全国工业废水处理率( 含县及县以上工业和重点乡 镇工业污染源) 为9 4 。7 ，工业废水摊放达标率为8 2 。o ；县及县以上工业废水 处理率和排放达标率分别为9 5 o 和8 2 1 ”j 。 1 1 2 水资源的可持续发展 一方面我国水资源严重短缺，我国是一个水资源贫乏的国家，水资源总量为 2 8 1 0 ”m 3 ，人均水资源量为2 3 4 0 m 3 ，仅为世界平均水平的1 4 。按照1 9 9 7 年 联合国可持续发展委员会全国评估世界淡水资源报告提出的标准，我国有地 区属于严重缺水地区，1 1 0 地区人均水量低于基本生存线。近2 0 年来，由于经 济的持续快速发展和城市化进程加快，城市缺水问题尤为突出，缺水范围不断扩 大，缺水程度日趋严重。例如，部分沿海城市、华北、西北地区大部分城市水资 源短缺，其中部分城市严重短缺。水资源的短缺和水污染的加剧已成为我国社会 和经济发展的主要制约因素。在今后的5 0 年中，随着人口的进一步增加、人民 生活水平的提高和生产的发展，我国对水资源的需求仍将持续地增长。据水利部 门预测，到2 0 3 0 年我国人口增至1 6 亿时，人口水资源量将降到1 7 6 0m 3 ，已接 近国际公认的水资源紧张标准；全国实际可能合理利用的水资源量约为( 8 0 0 0 9 5 0 0 ) x1 0 8 m 3 ，而到2 0 5 0 年，全国总需要水量将达到( 7 0 0 0 8 0 0 0 ) 1 0 8m 3 ， 已接近可合理利用水量的极限，未来我国水资源的形势十分严峻。 而另一方面，水污染的状况的日益加剧，进一步造成了水资源的短缺。工业 的迅猛发展在给人类生活创造了极大便利的同时，也对人类赖以生存的环境产生 了严重破坏。在广大农村地区，不合理的使用化肥、农药等农用化学物质对地表 水的影响也日趋严重，大量含有各种各样的有毒有害物质的工业废水、生活污水 未经处理或只经简单处理便排入天然水体；农田径流、大气沉降等非点源污染也 都直接或间接地造成了受纳水体，尤其是饮用水水源的污染。从全国范围来看， 水污染以有机污染为主，主要污染指标是c o d c 。、氨氮和挥发酚等。1 9 9 8 年我 国长江、黄河、珠江、淮河、海河、辽河、松花江七大水系和太湖、巢湖、滇池 的断面检测结果表明，符合地面水环境质量i 类标准的占8 5 ，符合i i 类标准 2 第一章绪论 的占2 1 7 ，符合i 类标准的占6 7 ，符合类标准的占1 8 3 ，符合v 类标准 的占7 1 ，符合劣v 类标准的高达3 7 7 。1 9 9 8 年我国近海发生赤潮2 2 起， 其中南海1 0 起，东海5 起，渤海和黄海7 起；主要发生在渤海湾，辽东湾和莱 州湾。 水污染对人体健康造成直接和间接的危害已有悠久的历史。早期的水污染对 人体健康的危害，主要是病源微生物污染引起的霍乱、伤寒、脊髓灰质炎、甲肝 等，通过水传播而发生的传染病暴发流行，严重危害人类的生命，迫使饮用水消 毒和自来水厂的兴起。到2 0 世纪中叶，随着工业的发展出现了水体受工业废水、 废渣的污染，特别是含重金属废水的污染，对人体健康造成了极大的危害。在同 本出现了震惊世界的两大公害病：水俣病( 甲基汞中毒病) 和骨痛病( 铬中毒病) 。 水资源可持续利用是我国经济、社会发展的战略问题，节水和治污是水资源 可持续利用战略的核心部分。必须在充分注意节约用水的基础上，多方面开发非 传统水源，缓解城市缺水危机，加强水污染防治，改善水环境质量，促进水资源 的可持续利用和良性循环。 国内外的经验表明，城市污水和工业废水的处理、深度处理及再生利用是开 源节流、减轻水体污染、改善生态环境、解决城市缺水的有效途经。建设部、国 家环保总局、科技部新近颁布的“城市污水处理及污染防治技术政策”中，提倡 各类规模的污水处理设施按照经济合理和卫生安全的原则，实行污水再生利用， 发展再生水在灌溉、绿地浇灌、城市杂用、生态恢复和工业冷却等方面的利用。 近年来，在各级政府的有力推动下，我国城市污水处理厂的建设正以前所未有的 速度发展。据统计，到2 0 0 0 年低，我国已建成城市污水处理厂4 2 7 座，其中二 级生化污水处理厂2 8 2 座，污水生化处理总规模已达到1 4 7 5 1 0 4 m 3 d 。目前在 建的污水处理厂还有3 0 0 座。根据国民经济和社会发展第十个五年计划纲要。 “十五”期间，所有设市城市都必须建设污水处理设施。到2 0 0 5 年，城市污水 集中处理率要达到4 5 。今后数年内，污水处理厂建设将进入高峰期。预计到 2 0 0 5 年，全国污水处理规模将超过3 0 0 0 1 0 4 m 3 d 。因此，迫在眉睫的重大任务 是：抓住这个有利时机，加强水和废水处理技术和工程，启动深度和污水资源化 工程，保护和节约宝贵的水资源和优质水，以有效地缓解我国水资源紧缺的状况， 改善环境质量，促进水资源的可持续发展。 在国外，特别是近几十年来，由于工业的迅速发展和人群的高度集中，水体 也受到不同程度的污染。在法国，塞纳河，瓦兹河和马恩河都不同程度的受到工 业废水、生活污水和农业废水的污染。德国的鲁尔( r u h r ) 河自2 0 世纪7 0 年代 以来水质严重恶化；美国8 0 年代初对7 个地面水源的调查发现，它们也都不同 程度的受到污染。目前，世界上一些发达国家如日本、美国、西欧各国、俄罗斯 以及缺水国家如以色列、印度、南非和纳米比亚等，把污水处理、污水深度处理 3 华南理工大学硕士学位论文 及再生利用作为解决水资源短缺的重要战略之一，在城市污水深度处理后回用于 工业、城市景观与绿化、农业灌溉、养殖业、地下水回灌和补充地表水等方面的 研究与工程应用，已有较长的历史，规模也相当大；不仅可以消除污水对水环境 的污染，而且可以减少新鲜水的使用，缓解需水和供水之间的矛盾，取得了显著 的环境、经济和社会效益。从发展趋势上看，发达国家污水处理的目标由过去单 纯的污水达标排放，调整到以实现水的综合利用和良性水循环的方向转化【6 】。 1 2 工业废水的特点 工业废水( 废液) 泛指生产中产生的含有某些有毒物或有害物的排出水。工业 废水在污染组分上，有别于生活污水，它的成分非常复杂，浓度变化极大，不仅 不同工业企业产生的废水是千变万化的，就是生产同种产品的类似工厂，由于生 产手段不同、设备不同、在水量和水质浓度上也是有差异的。为了研究和解决这 些千变万化的工业废水治理措施，必须寻求不同类型工业水在水质和水量上的内 在联系，找出它们之间的共同点，建立起具有一定规律性的治理方法。 工业废水污染物是指和水直接接触的原料加工成产品的过程中落人水中的 生产残余物和生产废弃物。 水中的生产残余物，是生产原料或成品的一部分，例如油田或炼油厂水中的 油，硫酸厂或烧碱厂水中的酸或碱，电镀厂排出的铬酐等等。为了生产的目的， 应该将这些失落到水中的原料或产品，从水中彻底提取出来，但就企业而言，这 样做在经济成本上是不合算的。因此，导致生产残余物随水排放而成了污染源。 这样做是环境和生态不允许的。 水中的生产废弃物，是指在生产过程中必须消耗的材料的一部分，例如机床 厂排出的机床乳化液，轧钢厂滴落冷却水中的润滑油。它们都是生产消耗品，并 不适宜废弃到排放水中了。 由上可见，企业的生产残余物和生产废弃物，构成了工业废水污染物的全部。 一句话，在和水接触生产工艺中用了什么物质，水中就会有什么污染物，只是各 种组分在量上有所差异。这就是工业废水的水质特征。至于水量特征，一是排水 量大；二是逐时排水量随生产工艺不同，其变化幅度也大i 。 为了寻求治理方向上的规律性，通常把工业废水划分成有机的、无机的、和 化学的；在污染物形态上分为悬浮的，胶体的，和溶解的。针对废水中不同性质 和形态的污染物，就产生了工业废水的多种多样的治理方法。 4 第一章绪论 1 ，3 工业污水处理的一般原理和瓤工艺、新方法 1 3 1 废水化学处理法 主要利用化学反应的作用，转化处理污水中的污染物质。例如用混凝法使污 水中的可溶性或胶体物质变成粒度较大的矾花而沉淀去除；用中和法处理酸、碱 物质，还有氧化还原法等【8 】。 1 3 1 1 混凝法 在某些工业废水中有不易沉淀下来的细小颗粒物质，其表面往往由于吸附离 子丽带电荷，彼此间互相排斥雨形成胶体，不易沉淀，用一般的沉淀法也不能除 去，通常是向废水中投入混凝剂，混凝荆水解产生水合配对离子及氢氧化物胶体， 可中和原来的电荷，而使之发生凝集。近年来，新型无机化学混凝剂如聚合铝、 聚合铁和复合型无机混凝剂的开发成功，以及有机高分子絮凝剂的开发，使化学 混凝法处理可以采用较少的药剂，就可以达到较高的处理效果，并且产生较少污 泥。目前，对复合型絮凝剂及微生物絮凝剂是一个热点。如x g 9 7 7 是以聚合硫 酸铝铁、钙盐为主的多聚物，其分子中具有多核络合离子结构，对含油废水中乳 化油、c o d c 。、s s 有很高的去除率，处理效果明显优于聚合氯化铝，综合处理 费用比采用p a c 低2 0 。 1 3 1 2 中和法 中和法的目的是调节废水的p h 值。化工厂、金属酸洗车间、电镀车间等排 出酸性废水，有的含有无机酸如硫酸、盐酸等，有的含有有机酸如醋酸等。酸性 废水可直接放入碱性废水进行中和，也可以采用石灰石、电石渣等中和剂；碱性 废水的中和法是向废水中吹入二氧化碳或用烟道气中的s 0 2 来中和。有报道表 明，用s o = 模拟烟道气处理造纸黑液，其中c o d c r 去除率达3 0 4 0 ，若再 考虑烟道气中颗粒物的吸附及聚沉作用，其处理效果会更好。据有关资料，仅造 纸废水量占全国工业废水量的1 0 以上，纺织工业废水仅上海市2 0 0 家纺织印 染厂每天排放的就达5 0 万t ，其中大部分是碱性废水，如采用以废治废工艺， 产生的环境效益和经济效益是十分可观的。 1 3 1 3 氧化还原法 溶于水中的有毒物质，可利用它在化学过程中能被氧化或还原的性质，使之 转化成无毒或毒性较小的新物质，从而达到处理的目的。最先应用是氯化法，有 1 0 0 多年的历史，起初是用漂白粉，后来发展到用氯气、液氯、二氧化氯等。漂 白粉、氯气、液氯在水中都能产生c 1 0 一，能将水中的污染物氧化，但是先在美 国，随后在欧洲、加拿大等国家发现用这些氧化剂处理含有机物的饮用水会生成 三氯甲烷和其他氯代烃类致癌物质。此外在使用二氧化氯来处理饮用水和污水 时，不易贮运，易发生爆炸，须现场制备，设备及管理较为复杂，运转费高。有 5 华南理工大学硕士学位论文 机物的去除主要采用生物处理法，但是其中部分有机物不易生物降解，需要采用 适当的预处理手段，使有碍于生物降解的物质减少浓度或从水中去除，或使不利 于生物降解的官能团、化学键发生变化，主要的预处理方法有臭氧氧化法、光催 化氧化法、f e “一h 2 0 2 氧化法等。目前，出现了一些新型的氧化法。 1 ) 光化学氧化法 利用光激发氧化将0 3 、h 2 0 2 、0 2 等氧化剂与光辐射相结合，所用光主要为 紫外光，包括u v 一0 3 、u v - h 2 0 2 、u v - h 2 0 2 一0 3 等工艺，可以用于处理污水中 c h c l 3 、c c l 4 、六联苯、多氯联苯等难降解的物质。在有紫外光的f e n t o n 体系中， 紫外光与铁离子之间存在着协同效应，使h 2 0 2 分解产生o h 自由基的速率大大 加快，促进了有机物的氧化。 2 ) 催化湿式氧化法 催化湿式氧化法是日本大阪煤气公司经过1 0 多年努力于8 0 年代中期研究开 发成功的一种高浓度工业废水的高级处理方法。其采用自行研制的固体催化剂在 高温高压下，废水不经稀释一次处理，即可将废水中高浓度的c o d c ，、t o c 、氨 及氰等污染物经催化氧化转变成c 0 2 、n 2 和h 2 0 等无害成分，从而达到净化处 理的目的。废水经净化后可达到饮用水的标准，而且不产生污泥，还可同时脱色、 除臭及杀菌消毒。用这种方法处理也可以处理城市污水厂的污泥，大大提高上清 液的生化性能和污泥的沉降性能。 3 ) 超临界水氧化法 8 0 年代中期才出现的超临界水氧化技术备受人们的关注，它是利用超临界 水作为水质，通过氧化剂0 2 、0 3 、0 2 + h 2 0 2 或0 3 + h 2 0 2 来氧化分解有机物的新 型技术，该技术可以在较短的时间内将大部分有机物彻底分解成c 0 2 和h 2 0 等 简单无机物。 4 ) 臭氧法 臭氧的氧化能力很强，能氧化大部分无机物和很多有机物( 如合成洗涤剂 等) ，臭氧能与其他方法联用如臭氧活性炭法、0 3 h 2 0 2 混合氧化、0 3 y 射线辐 射等。臭氧处理后的废水能够进行生物处理，这是目前国际上很重视的，且有前 途的方法。 这些氧化法虽然能有效地处理各种高浓度的废水，但是处理费用相对来说是 比较昂贵的，对于流量大的废水来说不是很经济。随着各种新型材料及其他技术 的进步，这一方法将会得到广泛的应用。 1 3 2 物理化学法 化学法只是局限于四大化学反应，而物理化学法不仅有化学反应存在，还包 括一些物理过程，其实它们之间并没有很大的界限。方法很多，在此仅介绍以下 6 第一章绪论 几种【8 】。 1 3 2 1 吸附法 吸附法处理废水，就是利用多孔性吸附剂吸附废水中一种或几种溶质，使废 水得到净化，常用吸附剂有活性炭、磺化煤、矿渣、硅藻土等。废水进行吸附前， 必须经过预处理，除去水中悬浮物及油类物质等，以免阻塞吸附剂孔隙。这种方 法处理成本较高，吸附剂再生困难，不利于处理高浓度的废水，一般作为废水处 理后的一个深度处理过程。吸附法可以与其他方法联用，如臭氧一生物活性炭工 艺就是将活性炭物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒四 种技术合为一体的工艺。活性炭还可以作为流化床的载体，活性炭表面的吸附作 用能将包括底物、营养物和氧气在内的物质浓集在载体表面，这种浓集效应将会 加速微生物的繁殖，并在载体表面进行生物降解。 1 3 2 2 电解法 用电解法处理废水，就是利用阳极的氧化和阴极的还原作用，使有害物质通 过氧化还原反应改变化学状态，变为无害或低害物质。其实这种方法也是氧化还 原的一种。电解法在直接氧化电镀工业废水中的c n 。、还原脱氯、重金属回收等 方面具有无需添加氧化剂、絮凝剂等化学药品，设备体积小，占地面积少，操作 简便灵活等优点，但是此法一直存在着能耗高、成本高及析氧和析氢等副反应的 缺点。 1 3 2 3 膜分离法 膜分离法是利用一种特殊的半渗透膜分离水中离子和分子的技术，它主要包 括反渗透( r o ) 、纳滤( n f ) 、超滤( u f ) 、微滤( m f ) 等。大多数膜分离过程中物质 不发生相变化，分离系数大，操作温度在室温左右，所有膜分离过程具有节能、 高效的优点。它是一种发展较快的高新污水处理技术。其中纳滤也称纳米过滤， 是界于u f 和r o 之间的一种以压力为驱动力的新型膜分离技术，截断相对分子 质量3 0 0 3 0 0 0 ，具有良好的耐热性、适应p h 范围广、耐有机溶剂的稳定性， 最适合于有机污水的处理。 1 3 2 4 磁分离法 利用高的磁场梯度来分离水中一些污染物质的方法，其原理是利用高梯度磁 分离装置，不仅能轻易地分离铁磁性和顺磁性的物质，而且在投加磁种和混凝剂 使磁种和污染物形成磁性的混凝体后，还能有效地分离反磁性的物质。在水处理 工艺中，水流阻力影响较大，但在高梯度的磁分离装置中，颗粒物受到的阻力远 小于磁力，因此颗粒在比一般沉淀法和过滤法高数十倍乃至上百倍的流速还能有 效的分离出来。此法最先应用于处理钢铁废水，悬浮物去除率为8 0 9 0 ，比 一般工艺的过滤速率高2 0 3 0 倍。还可阻用于处理糖蜜酒精废水等。 7 华南理工大学硕士学位论文 1 3 3 生物处理法 利用微生物能够降解代谢有机物的作用，来处理污水中呈溶解或胶体状的有 机物。下面介绍目前应用广泛的几种工艺。 1 3 3 1a - b 活性污泥工艺法 a ，b 活性污泥工艺法是两段活性污泥法的发展，特点是各阶段有不同的微生 物种群，有各自的沉淀池和污泥回流系统，它运行负荷高，对进水负荷的变化有 较强的适应能力，缺点是剩余污泥多。 1 3 3 2a - a - o 活性污泥工艺法 a a o 活性污泥工艺法不但能降低污水中的b o d 5 、c o d c 。，还能有效地去 除污水中的总氮和总磷。缺点是工艺流程复杂，投资和运行费用都高于传统方法 2 0 3 0 。近几年来，陆续被用于城市污水处理。 1 3 3 3 氧化沟工艺法 氧化沟工艺法可在较低负荷和较长污泥龄条件下运行，得到优质出水，具有 生物脱氮的功能，污泥产量低，运行稳定，特别适用于有较多土地和污水量不太 大的条件下使用。 1 3 3 4s b r 法 自从美国的r i r v i n e 教授等人在7 0 年代末期开发s b r 法以来，在世界各国 受到了普遍重视，到了8 0 年代，随着各种新型不堵塞曝气器、新型浮动式出水 堰( 滗水器) 和监测控制的硬件和软件技术的出现和发展，特别是在计算机和生物 量化技术的支持下，显示了强大的优势，陆续出现了新的工艺如d a t - i a t 、厌氧 s b r 、多级s b r 、膜法s b r 等。 1 3 3 5 好氧生物流化床 微生物生长在载体的表面，载体则在反应器中流动，是悬浮生长型和附着生 长型的复合。它可以保持高浓度的微生物量，传质效率高，体积负荷可比传统活 性污泥法高6 1 0 倍。载体的均匀流化和载体的脱膜、防粘结一直是技术上的难 题。膜的厚度也是一研究热点，潘涛等研究表明以膜厚9 0 1 1 0 i xm 为宜，相应 容积负荷 3 0 k g b o d s ( m 3 d ) ，污染物处理效果最佳。 1 3 36 升流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) u a s b 是应用广泛的污水厌氧生物处理反应器，可以形成颗粒物状的污泥， 生物固体的浓度和生物活性都很高，用于高浓度有机废水和城市生活污水的处 理，能达到很高的负荷和处理效率。 污水处理技术已经过了1 0 0 多年的发展，污水中的污染物种类、污水量是随 着社会经济发展、生活水平的提高而不断增加，污水处理技术也随着科学技术水 平的发展而发生了日新月异的变化，同时，旧的污水处理技术也不断被革新和发 8 第一章绪论 展着。每种方法和工艺都有其优缺点和适用条件，如果片面地认为某一种方法是 最好的、最先进的，可无条件地适用各种情况，那将是错误的认识。一般说来， 废水中所含的污染物质是多种多样的，因此不能期望只用一种处理方法就能把所 有的污染物质去除殆尽，往往需要由几种方法组成一个处理系统，才能完成所要 求的处理功能滞j 。 必须指出化学法处理单元过程为一添加过程，与其他处理单元操作相比，必 须加入某种物质以达到去除污染物的目的，因此，往往会增加废水中溶解组分， 使废水中溶解固体浓度有所增加。但不可否认，在某些处理过程中，确实离不开 化学法。在废水处理中，还有一很重要的原则是节能，如果某一处理过程，处理 效果很好，但是能耗很高，这就只是把污染形式作了一下转移而已。因此，研究 开发高效、经济的污水处理新技术成为环保工作者关心的热点。 1 4 生物转盘的发展 早在1 9 0 0 年，德国韦加德( w e i g a n d ) 便第一个提出用生物转盘处理污水， 但由于当时的技术和材质的原因，该项技术一直没有得到发展。一直到2 0 世纪 5 0 年代中期，研究工作才开始取得一些进展，并于1 9 5 4 年在原西德海尔布隆污 水处理厂建成第一套半生产性的生物转盘试验装置。在生物转盘的理论研究和实 用化方面，德国斯图加特工业大学的勃别尔和哈特曼教授进行了大量的工作，为 生物转盘的发展奠定了基础【9 】。 自6 0 年代起，生物转盘技术在欧、美、日等国得到了迅速的发展。生物转 盘适用范围十分广泛，现已在化纤、石化、印染、制革、造纸、煤气等行业的工 业废水处理以及医院污水、生活污水的处理中得到应用，取得了较好的效果。从 国内到国外，小规模工业废水到大规模城市污水，从低浓度到高浓度有机污水， 都有应用生物转盘获得成功的实例。 我国于1 9 7 2 年开始对生物转盘技术进行研究，并在工业废水和生活污水的 处理中得到应用，取得了较好的效果。 西安电力机械制造公司采用生物转盘法处理绝缘材料生产废水取得了良好 的效果。西安绝缘材料厂生产酚醛树脂，平均每生产1 吨树脂，排出0 6 吨有机 废水，含酚5 6 ，甲醛2 3 ，以及甲醇等有机物，排放的含酚、醛、醇废 水严重污染环境。在环保部门的监督和支持下，由于绝缘材料工业废水含有机物 成分复杂，浓度高，间歇排放，无规律，为了使生物转盘不受负荷冲击，该厂采 用各车间的低浓度废水和较干净的生活污水( 如澡堂水) 进行均化和调节，控制 进水b o d 5 浓度5 0 0 毫克，升，最高不超过1 0 0 0 毫克，升，采用脱酚一一生物转盘 法两步处理，转盘直径为3 5 米，日处理废水3 0 0 吨。排出水水质b o d 5 为3 0 m g l 9 华南理工大学硕十学位论文 左右，c o d c r 在3 0 7 0 m g l 。 郭养浩等采用固化光合细菌的转盘式生物反应器处理味精废水，结果表明在 好氧( 微氧) 条件下，c o d c ，去除能力比厌氧条件强；在无曝气条件下，高浓度 物料易导致厌氧发酵。其转盘直径为1 0 c m ，转盘的外缘线速要小于o 5 2 m s ，最 佳转速为8 0 r m i n 。采用预酸化一厌氧一好氧串联工艺处理味精废水，系统运行 稳定，c o d c ，去除率达9 2 以上，同时可产具有应用价值的富含光合细菌的污泥。 曾志雄、邓培德等对厌氧生物转盘处理制革废水进行了深入的研究。制革废 水的c o d c ，值一般为3 0 0 0 m g l 左右。悬浮物质浓度达8 0 0 m g l 以上，有毒物质 含量较高，其中总铬含量约为3 0 m g l ，硫化物浓度达4 0 m g l ，另外废水中还含 有大量的生物难降解的物质，如单宁、木质素等。厌氧生物转盘反应器为单轴多 级串联，共分为6 级，反应器的外壳是一根长为1 米，直径为巾3 2 0 1 0 m m 的 有机玻璃管。整个生物转盘都置于恒温箱中，温度恒为3 5 0 c 。研究发现该设备 具有良好的效果，利用厌氧生物转盘法处理制革废水，其去除率一般可达7 0 以上。实验结果表明：( 1 ) 进水p h 值在6 7 7 5 之间，厌氧系统运行比较正常， 而当超出这个范围时，去除效果明显下降。( 2 ) 当进水总浓度达到3 0 m g l 左右 时，系统仍能正常运行；当系统的硫化物含量超过3 0 0 m g l 时，厌氧系统不能 正常运行，去除率较低，厌氧微生物生长发育受到限制。( 3 ) 在一定的进水水力 负荷下，转盘的级数越多，有机物的去除率就越高。因为转盘级数越多，则相应 延长了水力停留时间，使废水中的有机物质充分地被生化降解。当转盘级数达到 4 以后，有机物的去除率上升较慢，为了节省费用，转盘级数不宣太多。 此外，陈鸣利对被动生物转盘进行了研究。王丰岭等人进行了厌氧生物转盘 分级特性的研究。周春生等人进行了生产性转盘生物膜特性及其组成的测定与分 析。增田纯雄也对关于生物转盘附着生物膜内细菌分布及其作用进行了研究。这 些研究对生物转盘的应用起到了积极的作用，对生物转盘技术的进一步发展奠定 了基础。 实践发现，生物转盘具有以下特点： ( 1 ) 微生物浓度高，如以5 m g c m 2 的生物膜量来考虑，折算成氧化槽内的 混和液浓度，可高达1 0 0 0 2 0 0 0 0 m 舻。( 2 ) 生物相分级，这对微生物的生长繁 殖和有机物的降解非常有利。( 3 ) 具有硝化和反硝化的功能。这是由于其污泥龄 长，像硝化菌等世代时间长的微生物可以在转盘上繁殖。( 4 ) 适用范围广。生物 转盘对b o d 高达1 0 0 0 0 m g 1 以上的高浓度有机污水和1 0 m g 1 以下的超低浓度污 水都具有良好的处理效果。( 5 ) 由于生物转盘缓慢均匀地在水中转动，水与盘片 之间产生剪切力，可持续均匀地将过剩的生物膜除去，因而可控制污泥的过度生 长，盘片之间不会阻塞。( 6 ) 污泥产生量少，且易于沉淀。( 7 ) 不需要曝气和污 泥回流装置，因此动力消耗低。( 8 ) 环境效果好，不产生滤池蝇，不散发臭味， 1 0 第一章绪论 不出现泡沫，也不产生噪声。( 9 ) 不产生污泥膨胀和二次污染问题，便于维护和 管理。 本文作者通过比较各种处理方法的优缺点，根据生物转盘法的基础理论，对 本公司生物转盘接触氧化法处理纺织印染助剂生产废水的技术作进一步的改进， 以适合本公司废水处理的方法生物膜法。 1 5 本论文研究的内容和目标 广州某公司纺织化学品公司于1 9 9 8 年投产生产环氧树脂，投产时配套一套 生物转盘废水处理系统，生产废水和生活废水直接混合，经调节后由生物转盘处 理，效果良好。2 0 0 1 年增建生产车间，生产纺织印染助剂，新车间投产后，由 此产生的高浓度纺织印染废水直接送到原废水处理系统进行生物降解处理，结果 造成废水处理后，其c o d c 。超标( 即大于1 1 0 m g 1 ) ，且处理结果不稳定，波动 较大，公司不得不每月花相当大的费用将废水送到外面处理。本研究课题是针对 新产品生产后存在的废水处理效果不佳问题作为本论文展开研究的对象，作以下 几个方面做了探讨： 研究内容： 提出了原有工艺中存在的问题并提出的改进措施，探讨了通过改造废水处理 系统，增加混凝沉降，先将高浓度的纺织印染助剂废水进行预处理，然后传送到 调节罐，与其他废水一起混合，并进行兼氧处理，之后由生物转盘生化降解后达 标排放。 研究目的： 1 ) 强化废水处理系统处理能力，达到每月处理2 5 0 吨高浓度纺织印染助剂 废水，同时降低排放废水的c o d c ，( 低于1 0 0 m g 1 ) ，达到国家废水排放标准的 要求。实现有效的保护环境，维持本公司生产持续稳定地进行，以保护人类社会 赖以生存的环境，亦为当地的生产与社会的持续发展作件实事。 2 ) 由于现有的废水处理设施和工艺不能满足生产的要求，废水需要送到乡卜 面处理，每月需花费6 万元，若能成功完成水处理系统的改造，一年内可收回总 投资，并以后每年能为公司节省5 2 万元，得到了很好的经济效果。 1 6 本章小结 本章对我国污水处理的急迫性、污水处理技术、工业污水的特点、工业污水 的处理方法以及生物转盘的发展等内容进行