（环境工程专业论文）旗篷厂印染废水处理试验研究和工程改造实践.pdf

摘要 印染废水属难生物降解的高浓度有机废水之一，如何低成本、高效率地迸行 处理，一直是众多水处理工作者的研究方向。本论文针对上海市茂丰旗蓬厂印染 废水处理中遇到的困难，在深入调查研究的基础上，通过工厂废水处理小试试验 取得经验，继而指导工厂实际废水处理改造工程，最终实现旗蓬厂印染废水处理 达标排放，并能做到部分处理出水可回用于旗蓬厂印染生产工艺，以减少印染废 水的排放量，节约水资源，降低工厂的生产成本。 根据旗蓬厂印染废水的水质特点，选用“水解酸化+ 接触氧化+ 混凝气浮” 处理工艺，小试研究结果表明，上述处理工艺完全适合旗蓬厂印染废水的处理。 工艺对c o d c r 、b o d 5 和s s 的去除率分别达到6 8 3 - 7 8 6 、 6 8 3 7 6 1 、 7 6 0 0 9 1 ，出水色度达到8 1 6 倍，脱色率达到9 0 以上。小试试验结果验证 了“水解酸化+ 接触氧化+ 混凝气浮”工艺处理旗蓬厂印染废水的可行性和良好 的处理效果。同时，基于小试试验得到的结果，本文对印染废水各项污染物指标 的降解机理进行了初步探讨，并得到了旗蓬厂印染废水的生物降解动力学数学模 型。 旗蓬厂废水处理站的改造在不破坏原有构筑物的结构的基础上，选择合适 的废水处理工艺，对原有的水处理构筑物进行重组和改造：将原来的自然沉淀池 改造成多级水解酸化池和接触氧化池，强化原来的混凝气浮池的处理功能，电氧 化活性炭塔改造成生物活性炭塔。改造后废水处理站吨水处理单耗降低了0 2 6 元，出水的c o d c r 、b o d 5 、s s 、n i - 1 3 - n 和色度值分别完全满足上海市污水综 合排放标准( d b 3 1 1 9 9 1 9 9 7 ) 中的二级排放标准，同时主要水质指标德合生 活杂用水水质标准( c j t4 8 1 9 9 9 ) 。经过工厂对出水回用于生产的试验，回用 水对旗帜产品质量没有影响，工程改造后的当月工厂处理出水回用率达到 5 1 8 ，每天为企业节约了新鲜水用量8 0 吨，此项废水处理改造工程取得了良好 的经济效益和环境效益，并为同行业废水处理提供经验。 关键词：旗蓬厂，印染废水，工程改造，水解酸化，接触氧化，混凝气浮 a b s t r a c t t h ep r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e ri so n eo fo r g a n i cw a s t e w a t e rw i t h h i g hc o n c e n t r a t i o na n dd i f f i c u l tt ob eb i o d e g r a d a b l e t h i st h e s i sa i m st ot h e s e t t l e m e n to fe x i x t i n gp r o b l e m so nt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n ti ns h a n g h a i m a o f e n gb a n n e r & t e n tf a c t o r y t h eo r i g i n a lt r e a t m e n tp r o c e s si si m p r o v e d t h r o u g ho n s i t ei n v e s t i g a t i o na n de x p e r i e n c ef r o me x p e r i m e n t a tt h ee n d ，t h e e f f l u e n tq u a l i t yc a nc o m et ot h el o c a ld i s c h a r g es t a n d a r d ，a n dp a r te f f l u e n tc a n b er e u s e di nt h ep r e s e n tp r o d u c t i o np r o c e s s i tw i l ld e c r e a s et h ew a s t ew a t e r d i s c h a r g e e c o n o m i z ef r e s hw a t e rr e s o u r c ea n dr e d u c et h eo p e r a t i o nc o s t a c c o r d i n gt oc h a r a c t e r i s t i c so f t h ep r i n t i n g & d y e i n gw a s t e w a t e r , t h en e w p r o c e s si n t r o d u c e st h e h y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o n + c o n t a c tb i o - o x i d a t i o n + c o a g u l a t i o n a n da i r - f l o t a t i o n ”，w h i c hi ss u i t a b l e p r o c e s sv e r i f i e d i nt h e e x p e r i m e n t t h ee x p e r i m e n tr e s u l ts h o w st h a tt h er e m o v a l r a t eo f c o d 口，b o d 5 ， s sa n dc h r o m ai s6 8 3 - 7 8 6 、6 8 3 ，7 6 1 、7 6 0 7 9 1 a n d9 0 。a n dt h e e f f l u e n tc h r o m aa l s oc o m e su pt o8 - 1 6 b a s e do nt h ea b o v er e s u l t ，t h et h e s i s p r i m a r i l yp r o b e si n t ot h ed e g r a d a t i o nm e c h a n i s mo ft h ew a s t e w a t e rp o l l u t a n t i n d e x e s ，a n do b t a i n e dt h ec o r r e s p o n d i n gm a t h e m a t i ck i n e t i c sm o d e l t h em o d i f i c a t i o no f t h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n ts y s t e md o e sn o td a m a g et h e o l dc o n s t r c t i o nu n i t s ，w h i l ei sr e o r d e r i n ga n di m p r o v i n gt h e mb yc h o o s i n gt h e p r o p e rt r e a t m e n tp r o c e s s t h eo l dn a t u r a ls e d i m e n t a t i o nb a s i ni sc h a n g e di n t o m u l t i c l a s sh y d r o l y t i ca c i d a f i c a t i o nb a s i na n dc o n t a c to x i d a t i o nb a s i n t h e f u n c t i o no ft h eo l dc o a g u l a t i o na n da i r - f l o t a t i o nb a s i ni ss t r e n g t h e n e d ，a n dt h e o l de l e c t r i c a lo x i d a t i o na c t i v a t e dc a r b o nt o w e ri si m p r o v e di n t ot h eb i o l o g i c a l a c t i v a t e dc a r b o no n e a f t e rm o d i f i c a t i o n ，t h et r e a t m e n tc o s to fw a s t e w a t e rp e r t o nd e c r e a s eb yr m b 0 2 6 t h ee f f l u e n t sc o d c v , b o d 5 ，s s ，n h 3 - na n d c h r o m ac o m eu pt ot h ei i - c l a s sc r i t e r i as p e c i f i e di nt h el o c a lw a s t e w a t e r d i s c h a r g es t a n d a r di ns h a n g h a i ( d b3 1 1 9 9 1 9 9 7 ) a n dt h ep r i n c i p a lw a t e r q u a l i t yi n d e x e sm e e tw i t h t h eq u a l i t ys t a n d a r do fd o m e s t i cw a t e r ( c j f r i l 4 8 - 1 9 9 9 ) t h r o u g ht e s to ft h er e u s e de f f l u e n ti np r o d u c t i o n ，t h e r ei sn oa n y n e g a t i v ei n f l u e n c eo nt h ep r o d u c tq u a l i t y t h er a t eo f r e u s e de f f l u e n tc o m e su p t o5 1 8 w h i c hc a ns a v e8 0t o n sf l e s hw a t e rp e rd a y t h ep r o c e s s i m p r o v e m e n t a c h i e v e sf a v o r a b l ep r o f i to f e n v i r o n m e n ta n de c o n o m y z h a n gh u i f e n ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db y p r o f e s s o rw a n gy o n g h u i k e yw o r d s ：t h eb a n n e ra n dt e n tf a c t o r y , p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r , p r o c e s si m p r o v e m e n t , h y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o n ，c o n t a c to x i d a t i o n ，c o a g u l a t i o n a n da i r - f l o t a t i o n i i i 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德。崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者躲弼彩 日期：办心年肛月且 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 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，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可 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，在年解密后适用本版权书 。 本学位论文属于 不保密口。 指导教师签名： 沙确； 1 日期：炒6 年t 月珀 务 癌 碜胛 柳 符号说明 c o d c r ：化学需氧量( 铬法) ，m g l b o d 5 ：五日生化需氧量，m 龃。 s s ：悬浮物浓度，m 班 n h 3 - n ：氨氮浓度，m g l p 。】：溶液中染料的浓度，m g ，l p d ：纤维中染料的浓度，m g i 。 e h ：氧化还原电位，m v t ；温度， t n k ：凯式氮，m g t , h r t ：水力停留时间，h s r t ：泥龄，h 总的需氧速率，m ( l m i n ) 降解有机物，合成新细胞的好氧速率，m e , ( l r a i n ) ( 詈) 。：微生物内源呼吸需氧速率m ( l m i n ) 0 。：氧吸收量积累值，m g 儿 d o ，：呼吸速率，m g ( l m i n ) n r v ： 有机物去除速率，蚝c o d o ，( m 3 d ) n v ： 容积负荷，kc o d c ，( m 3 d ) r ：相关系数，无量纲参数 s o ：进水基质浓度，m g 几 s e ：出水基质浓度，m g l x ：微生物浓度，g l k 2 ：减速增长常数，m g ( l d ) ：微生物比增长速率，d 1 一：在饱和浓度下微生物最大比增长速率，d | l k s ：饱和常数，又称半速度常数，m g l s ：基质浓度，m g 几 、1厅1厅 扣一出 扣一衍 ，。k，l 塑茎 堡鲞墨查竺些苎璺堑塞塑三矍整垄壅堕 ( 警 ：单位容积氧化池的基质变化速率，m ( l 。d ) 唔) 。：单位容积附着的生物膜利用基质的速率，m ( l d ) ( 羽。：单位容积悬浮的生物体利用基质的速率，删( l d ) v ：氧化池容积，l v a ：附着的生物膜容积，m 3 v 。：接触氧化池容积，l s o ：进水基质浓度，m g l 8 。：出水基质浓度，m g l n ：接触氧化池内填料容积，m 3 吼l ： 单位容积附着生物膜最大利用基质速率，m g ( l d ) u ：单位填料面积基质去除速率，m g ( l d ) u 。：饱和基质浓度时单位填料面积最大基质去除速率，m g ，( l d ) s e ：接触氧化池内或出口的基质浓度，m y l q ：水量，m 3 m h ：扬程，i n n ：功率，k w 2 第一章 第一章 绪论 绪论 1 1 课题研究背景 水环境污染和水资源短缺是全球淡水资源面临的两大难题。随着我国经济 的迅速发展，人口的增加，人民生活水平的逐步提高，工业化和城市化步伐的 加快，用水量急剧增加，废水排放量也相应增加，加剧了淡水资源的短缺和水 环境的污染【1 1 。当前我国的水体污染状况日益严峻，全国七大重点水系地表水受 到不同程度的有机污染，有些水系如松花江水系中有5 7 7 的断面满足i i 类水 质要求，2 1 6 的断面为类水质，6 9 的断面属v 类水质，1 3 8 的断面属 劣v 类水质。我国湖泊水库富营养化问题也十分突出。据调查1 2 1 ，2 0 0 4 年全国 工业废水排放总量为1 9 7 8 亿吨，工业废水中化学需氧量( c o d ) 排放总量1 0 4 1 万吨。提高和改善工业废水的处理能力和处理达标率是巩固多年来国家在水污 染防治工作方面所取得的成果和切实控制水体污染的关键。 印染废水处理一直是工业废水处理的一个重点与难点，我国在印染废水治 理技术方面己取得许多进展，一大批新颖、成熟的处理新工艺已经在印染废水 处理中得到实际应用，如：厌氧好氧生物处理系统、生物铁法、优良脱色菌和 p v a 降解菌的筛选和应用、新型高效混凝剂、高压脉冲电解法等。可以说，针 对各种类型的印染企业，均可找到行之有效的处理方法。对于老厂废水处理流 程的改造来说，由于旧的废水处理工艺落后、废水处理站面积有限、原有构筑 物布局不尽合理、出水达标要求严格等因素的限制，很难找出一个使废水处理 改造投资少、效果好的工艺方案，我国多数企业属于这种情况。一 上海茂丰旗蓬厂位于上海市青浦区徐径镇，是一家主要生产各国旗帜和帐 篷的生产企业，生产过程中产生大量的印染废水。企业原有的一套废水处理设 施是于9 0 年代初设计建造的。由于当时工艺设计方面的先天性缺陷，再加上年 久失修，原有的废水处理系统已处于瘫痪状态，导致企业废水超标排放，企业 每年缴纳几十万的超标排污收费，并收到上级环保主管部门限期整改的通知。 面对以上的窘困局面，旗蓬厂领导找到学校老师，希望能帮助企业改造原有的 废水处理系统，寻找经济、有效的处理方法，确保印染废水处理达标排放，同 时尽量利用原有的构筑物，减少投资费用和运行成本。 本人在导师的指导下，以上海茂丰旗蓬厂废水处理改造工程作为研究课题， 即根据该厂的生产情况和现有废水处理构筑物和处理设施，选择合适的处理工 艺，进行废水处理系统的优化改造和优化管理运行，降低工程改造投资、降低 废水处理成本、提高废水处理效果、确保废水处理达标排放。 竖壅 堡銎堕垄竺里堇墼攀塑塑三堡堕丝塞堕 1 2 印染废水的处理方法 印染废水是指棉、毛、化纤等纺织产品在预处理、染色、印花和整理过程 中所排放的废水。印染废水成分复杂，染料主要是以芳烃和杂环化合物为母体， 并带有显色基团( 如- n = n - 、- n = o ) 和极性基团( 如s 0 3 n a 、o h 、- n h 2 ) 。染料 分子中含较多能与水分子形成氢键的s 0 3 h 、c o o h 、o h 基团如活性染料和中 性染料等，染料分子就能全溶于水中；不含或少含。s 0 3 h 、c o o h 、o h 等亲水 基团的染料分子以疏水性悬浮微粒形式存在于水中；含少量亲水基团但分子量 很大或完全不含亲水基团的染料分子，在水中常以胶体形式存在。 印染废水中还常带有以下助剂：中性电解质如n a c l 、n a 2 s 0 4 等；酸碱 调节剂如h c l 、n a o h 或n a 2 c 0 3 ；膨化剂如尿素等；胶粘剂如改性淀粉、 脲醛树脂、聚乙烯醇等；稳定剂如磷酸盐等。印染废水成分复杂、色度大、 c o d 高，并向着抗氧化、抗生物降解方向发展，已成为我国各大水域的重要污 染源之一。 1 2 1 物理化学处理法 ( 1 ) 吸附法 在物理处理法中应用最多的是吸附法，这种方法是将活性炭、粘土等多孔 物质的粉末或颗粒与废水混合，或让废水通过由其颗粒状物组成的滤床，使废 水中的污染物质被吸附在多孔物质表面上或被过滤除去。吸附法的关键是吸附 剂的选择。常用的吸附剂有活性炭、离子交换纤维及各种天然矿物( 膨润土、硅 藻土) 、活化酶【3 】、工业废料( 煤渣、粉煤灰) 及天然废料( 木炭、锯屑) 等。杨宇翔 等用硅藻土对印染废水进行脱色，c o d 去除率达到8 5 ，脱色率在8 4 以上【4 】。 利用粉煤灰吸附脱色是电厂废物的综合利用，粉煤灰吸附后进窑制砖通过高温 焚烧，将有机物高温氧化分解，消除二次污染1 5 1 。但为了提高效果，需将粉煤灰 进行改性。 ( 2 ) 膜过滤技术 膜处理技术是一种较新的技术。但是由于该技术需要专用设备，投资高， 且膜易结垢堵塞造成膜污染等原因，除了在有限的领域内投入使用外，在印染 废水处理领域实际应用的成功案例还较少。膜处理技术包含微滤伽f ) 、超滤 ( u f ) 、渗析) 、电渗析d ) 、纳滤( n f ) 和反渗透( r o ) 、渗透蒸发( p v ) 、液膜皿m ) 等。 刘梅红【6 】选择醋酸纤维素纳滤膜对印染废水进行了深度处理，c o d 的去除 率可达9 9 4 ，对色度的去除率为1 0 0 。也有资料报道，选用超滤膜处理染缸 脚水，回收废水中的分散染料，回收率达到6 0 以上。 4 第一章绪论 ( 3 ) 化学凝聚法 混凝法是向废水中投加化学混凝剂、助凝剂，由于吸附在作用，微粒间的 电荷中和( 染料废水通常带有负电荷，金属氢氧化物混凝剂带正电荷) 和扩散离子 层的压缩等产生的凝聚，形成较粗粒凝聚集，通过沉淀、浮选，过滤方法将它 们除掉。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( p a c ) 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，且有取代无机混凝剂之势， 但在国内因价格原因，只使用高分子混凝剂者还不多见，主要是在无机混凝剂 中添加少量高分子混凝剂，改善废水的混凝效果。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较差啊。 值得注意的是染色废水往往含有多种类型染料，物化处理时常常采用几种 混凝剂复合使用。几种混凝剂同时投加能取得更好的处理效果，这主要是因为 每种混凝剂都各有其化学基团，可以在水体中发挥各自的优势起到架桥作用， 使絮体增大，有更好的处理效果。 ( 4 ) 化学氧化法 化学氧化即在强氧化剂，如臭氧、过氧化氢等的作用下使有机物氧化分解， 有时需要投入催化剂以加速其氧化分解过程。这类净化方法一般需要较大的运 行费用。近年来对于化学氧化，特别是高级化学氧化的研究工作十分活跃，取 得了较大的进展。所谓高级氧化过程，是指利用复合氧化剂，或在光催化的条 件下，或同通过非均相催化途径不断产生氧化能力极强的o h 自由基，o h 氧化 电位为2 8 0 v ，仅次于氟的2 8 7 v 。o h 咱由基几乎可以无选择地与任何有机物 发生反应，并将其直接氧化为二氧化碳、水和矿物盐，不会产生任何中间产物。 在o h 自由基的作用下，染料分子中发色基团的不饱和双键可被氧化断开，形 成分子量较小的有机物或无机物，从而使染料失去发色能力【8 】。 氧化剂一般采用f e n t o n 试剂、臭氧、氯气、次氯酸钠、二氧化氯等。 近年来，f e n t o n 试剂处理易溶解的染料废水是国内尝试的热点。f e 2 + 与h 2 0 2 按比例混合可制成f e n t o n 试剂。h 2 0 2 单独使用时氧化能力较弱，与f e 2 + 共存时， 氧化能力增强。其脱色机理是h 2 0 2 与f e 2 + 反应产生强氧化性游离基o h ，使染 料分子断键而脱色。而且由于f e 2 + 兼有混凝作用，因此f e n t o n 试剂对废水中染 料的去除是非常有效的【”。 利用臭氧氧化法处理印染废水有显著的脱色效果，脱色率为9 9 9 ，但是 c o d 的去除率很低。因此，在处理印染废水时，通常将臭氧脱色放在生物处理 后，经过生物处理的废水中尚存在色度时，用臭氧脱色确保废水色度达标。 旗蓬厂印染废水处理试验研究和工程改造实践 1 2 2 生物处理技术 废水的生物处理是现代生物工程的一个重要分支，主要是利用微生物生命 的代谢过程，对废水中的污染物进行转移和转化，从而使废水得到净化的处理 方法。从最早的废水处理反应器m o r i s 池问世至今，己有百余年的历史了，废水 生物处理技术从简单到复杂，从单一功能到多功能，从低效率到高效率，己成 为废水处理的主要工艺，在世界各国的水污染防治中发挥了很大作用，也在应 用中经历了不断的创新和发展。 与物理化学处理方法相比，生物处理法在去除废水中有机碳、硫、氮、磷 等污染物质方面，存在许多优越之处。首先，污染物的生化转化过程不需高温 高压，在温和的条件下经过酶催化即可高效并彻底完成，因此处理费用低廉； 再者，微生物具有来源广、易培养、繁殖快、对环境的适应性强、易实现变异 等特性，适当地对其加以培养繁殖，特别是在某特定条件下进行驯化，就能使 之很好地适应各种工业废水；另外，通过有针对性地对菌种进行筛选、培养和 驯化可以使大多数的有机物质实现生物降解处理，因此对废水水质的适用面越 来越宽。 传统的废水生物处理方法主要包括活性污泥法、生物滤池、氧化塘、厌氧 消化等，这些技术无论在设计理论还是实际运行管理方面，己有比较成熟的经 验。 ( 1 ) 活性污泥法 常用的活性污泥法处理工艺有传统活性污泥法、延时曝气法、纯氧曝气法 等。e c k e n f e l d e r n 推荐使用两段活性污泥法来处理高强度工业废水。 纯氧曝气生物处理在国外应用较多，由于氧转移效率高，混合液污泥浓度 ( m e s s ) 高，因此可提高去除有机物及脱色能力。其缺点是装置复杂、运行管理 复杂；若原水中混入大量烃类物，则可能引起爆炸，而且，有机物代谢产生的 c 0 2 重新溶入系统，使废水p h 值下降【l 。】。 从生物方法本身来看，序批式活性污泥法( s b r ) 能够提供良好的微生物生长 环境，使微生物大量繁殖，被认为是处理难降解有机废水的一种有效方法【l ”， 近年来也有新型的s b r 反应器不断应用于难降解有机废水的处理。s b r 法处理 活性黑和活性黄废水，c o d 去除率可达9 0 ，而且效果稳定；脱色过程主要发 生在兼氧段。好氧段脱色不佳，但好氧可以使兼氧出水交得清澈透明，可令分 解产物稳定，出水水质好 1 2 o 活性污泥法与粉末活性炭的联用( p a c t ) 被认为是处理含有难降解污染物的 工业废水的一种有效方法【1 3 1 4 j 5 1 。这一方法是将粉末活性炭直接用于活性污泥 工艺中，通常用于去除色度和不可生物降解的c o d 或t o c 、降低处理后出水的 6 第一章绪论 生物毒性、或缓解对异氧微生物的抑制，它可以大幅度提高处理效果、脱色、 防止污泥膨胀及消除曝气池中的泡沫，还能减少原水的毒性。b e l k i n 【1 6 】曾经用 p a c t 法处理某高强度、成分复杂且有毒的化学废水，发现可去除9 3 的溶解有 机碳和所有的有毒物质，而且发现对于这种废水，p a c 具有高选择性，主要吸 附有毒物质而不是t o e ，认为原因可能是有毒物质具有较高的疏水性质。另外 美国己广泛使用p a c + s b r 法处理工业废水。国内也有废水厂采用该方法，但实 际运行经济成本较高，不宜大面积推广。 ( 2 ) 生物膜法【1 7 】 生物膜法包括生物滤池法( 3 z 称生物滴滤法) 、生物转盘法及生物接触氧化 法( 浸没式滤池法) 。 塔式生物滤池，优点是结构紧凑，布局合理，管理方便，动力消耗小，运 行费用低。但是由于废水在其中接触时间较短，去除率较低，适宜作为预处理 装置，对污染程度较低的废水，也可作为主要处理装置。 生物转盘，优点是操作简便，运行管理方便，动力消耗较小，处理成本较 低，废水停留时间可根据不同的级数进行控制，处理效果较稳定，但占地面积 大，基建投资较高，耐废水水质变化的缓冲能力差。设计时要按原水的b o d 高 值来计算转盘的b o d 面积负荷。较适宜处理废水量不太大的染色废水。 生物接触氧化法具有如下特点： 填料比表面积大，提供了巨大的生物栖息空间，使大量的生物得以附着 窭毛长，可形成稳定性较好的高密度生态体系，挂膜周期相对缩短，在处理相同 水量的情况下，水力停留时间短，所需设备体积小，场地占用面积小。 污泥浓度高，系统耐冲击负荷能力强。在一般情况下，生物接触氧化法 的容积负荷为3 n 1 0 k g b o d 5 m 3 d ，是普通活性污泥法的3 5 倍，它的c o d 去除 率为传统生物法的2 3 倍【”j 。 污泥产量少，在操作过程中一般不会产生污泥膨胀，不需采用污泥回流 装置。 氧利用率高，动力消耗低。生物接触氧化法对氧的利用率比活性污泥法 高3 8 倍，动力消耗比活性污泥法减少2 0 3 0 l i ”。 操作简单，维护方便，可间歇运行，运行费用低，综合能耗低。 近些年，随着水解工艺的发展，生物接触氧化法得到了更为广泛的应用， 由于水解段可将一些难降解的大分子物质转化为可降解的小分子物质，从而大 大提高废水的可生化性，减轻后续好氧段的负担，对难降解废水的处理具有得 天独厚的优势。目前，厌氧水解生物接触氧化工艺已成功应用于印染废水的 处理。 7 旗蓬厂印染废水处理试验研究和工程改造实践 ( 3 ) 废水生物处理新技术 随着印染工业的发展，人们生产和使用有机物的种类和数量不断增加，所 需要处理的印染有机废水量日益增多，性质日益复杂。这就迫使人们不断地研 究开发新的废水生物处理技术，并对现有设施加以改造，以满足水质变化所带 来的新要求。另外，随着水资源的日益紧张和人们环境意识的提高，对排水水 质的要求越来越高，寻求能够高效去除所谓生物难降解物质和氮磷等营养物质 的方法己经成为近年来废水生物处理研究的重点。而且，传统的生化反应器在 传质效率、操作管理、能源消耗等诸多方面存在不足，解决该问题也是废水处 理领域所面临的挑战之一。 总之，传统的废水生物处理方法已不能满足来自各方面的要求，并由此推 动该技术领域不断发展。人们己经开发出许多新技术和新工艺，有的已成功地 应用于生产实践。表1 一l 给出近一个时期以来开发研究并命名的废水处理新工艺 及其特征。 表l - 1 废水生物处理新工艺及其特征 工艺形式 微生物环境条件特征 吸附与生化降解两段串连，耐复合与毒物冲 a b 工艺 好氧、悬浮生长 击能力强 好氧+ 缺氧，悬浮或附 批量进水，程序化间歇操作，适用于高浓度 s b r 工艺 着生长 有机废水脱氮，效果明显 用膜分离装置代替二沉池，避免细菌流失， 膜分离活性污泥法好氧，悬浮生长 有利于繁殖速度较慢的菌体在反应器内积 累 往曝气池中投加悬浮状载体，为微生物提供 l i n p o r 工艺 好氧，悬浮+ 附着生长 附着表面，提高了生物相浓度 深井或塔式曝气池，占地面积小。氧利用率 井式曝气法好氧。悬浮生长 高 好氧与厌氧过程交替操作，脱氮除磷效果明 d 型氧化沟好氧+ 厌氧 显 完全浸没式，上、下两种迸水方式，适合高 活性生物滤池厌氧，附着生长 浓度有机废水处理 完全浸没式，上、下两种进水方式，适合高 厌氧生物滤池厌氧，附着生长 浓度有机废水处理。 以粒状活性炭为填料，结合吸附与生物降解 活性炭生物膜法好氧，附着生长 两种特性，对难降解物质去除率高 第一章绪论 以纤维等合成材料为载体，可为微生物提供 软性填料生物膜法好氧或厌氧附着生长较其他填料大的附着表面，阻力小，生物量 大 结合砂滤与生物法特点，投资少，操作简单， 生物砂滤池好氧或厌氧附着生长 适用于小型污染源 将氧化沟与附着生长技术相结合，对 a g c r 系统好氧+ 厌氧附着生长 b o d 、氮等脱除效果优良， 附着生物膜的载体在流化状态下运转，气液 生物流化床好氧或厌氧附着生长固三相传质速度快，高负荷操作，处理效率 优良 厌氧污泥在膨胀状态下运行，传质速度高， u a s b 工艺厌氧，悬浮生长停留时间短，对高浓度难降解有机废水去除 率良好 缺( 厌) 氧+ 好氧悬浮缺氧、厌氧和好氧结合工艺，是处理高浓度 刖o 工艺 或附着生长有机废水行之有效的方法 好氧+ 厌氧藻类悬浮生主要利用藻类的塘沟技术组合，投资少，管 稳定塘系统 长 理方便，可实现因地制宜 利用载体对微生物进行固定化。极大提高微 固定化微生物法固定化生长 生物的利用率，处理效果显著提高1 ； 1 2 3 其他新方法 ( 1 ) 电解凝聚法 采用不同的极板( 可溶与不可溶) ，产生电解凝聚或电解浮升两种作用以去 除废水中的有机物。该法具有设备简单，操作管理方便，占地面积小，去除效 果佳等优点。对印染废水c o d 去除率达到7 0 ，b o d 去除率为5 0 ，色度去 除率为8 0 9 0 。缺点是电耗高( o 6 1 度电吨水) ；另外，该方法需消耗一定 量的铁板电极( 7 0 克吨水) 【1 7 1 。 ( 2 ) 光催化氧化法【刀 随着光催化氧化技术的发展，利用光催化氧化处理印染废水，最终能使有 机物完全矿化，不存在- - 次污染，并且节省资金，效率提高，有良好的应用前 景。光催化氧化技术主要有四种形式：附着态面0 2 光催化降解可溶性染料、铁( ) 氧化物对印染废水的脱色作用、t i 0 2 膜太阳光催化氧化印染废水、旋转式光催 化反应器。 ( 3 ) 磁分离法 磁分离法是将水体中微粒磁化后再分离。传统的磁分离器磁场作用力较弱， 分离效率差。而高梯度磁分离器通过在过滤器中填充细小的铁磁性填充介质， 9 旗蓬厂印染废水处理试验研究和工程改造实践 从而可以在过滤器中产生高梯度磁场，颗粒受到的磁场力大，分离效率可大大 提高。 印染废水中的磁性污染物，可直接用高梯度磁分离器分离。对于非磁性污 染物，可先投加磁种和混凝剂，使磁种与污染物缔合，然后用高梯度磁分离方 法除去。国外高梯度磁分离技术已从实验室走向应用。 ( 4 ) 高能物理处理技术 水在高能射线辐照下产生一系列高活性粒子，使有害物质降解。特点是有 机物的去除率高、设备占地小、操作简便，但用来产生高能粒子的装置昂贵、 技术要求高，而且该方法能耗较大，能量利用率不高。着要真正投入实际运行， 还需进行大量的研究工作【7 j 。 ( 5 ) 超声波气振技术 超声波强化臭氧氧化处理偶氮类染料废水是通过超声空化效应产生的高能 条件促使臭氧快速分解，产生大量氧自由基，从而使偶氮类染料降解脱色，超 声的作用是提高了0 3 的利用率f 2 l 】。 陶嫒、胡祺吴等【2 2 1 采用探头式功率超声发生器和自制平板超声发生器降解 多种高浓度染料废水实验的结果表明，降低超声辐射声强及增大辐射有效面积 可降解染料，并增大处理废水的体积。但是单独使用超声降解结构成分复杂的 染料废水仍难以达到工业应用水平。 ( 6 ) 铁氧化法 近年来，利用铁屑内电解法处理染料、印染等工业废水的试验研究及实际 应用均有报道。电凝聚的原理即利用电解来氧化铁屑、铁板，使之生成f e 2 + 、 f e 3 + 再絮凝生成f e ( o h ) 2 、f e ( 0 h ) 3 等沉淀物，以去除水中的污染物2 3 1 。 据报道，采用铁屑h 2 0 2 氧化法处理印染废水，在p n 为l 2 时铁氧化生 成新生态的f e 2 + ，其水解产物可使硝基酚类、蒽醌类印染废水脱色率达9 9 以 上叫。美国佛罗里达大学的w z t a n g 教授用f e 粉 n 2 0 2 系统进行染料脱色 实验，发现在铁粉质量浓度为l g l ，p h 值为2 3 ，h 2 0 2 浓度为l m m o l l 时， 脱色率极好，当p h 值提高到1 0 时，脱色反应停止1 2 4 。 ( 7 ) 生物活性炭( b a c ) 生物活性碳的处理过程，即包含了活性碳的物理吸附收集有机物污染物作 用，又包含了微生物氧化分解和解析作用，是物理化学法与生物化学法的综合。 具有设备简单，管理方便，处理效果好等优点。b a c 技术由于结合并优化了生 物降解与活性炭吸附两个过程，对印染废水的处理也显示了突出效果。 由英国b e l f a s t 皇后大学与新西兰c a n t e r b u r y 大学联合研制的生物活性炭搅 拌池反应器表明：b a c 系统由于在微生物作用基础上引入活性炭吸附，对酸性 1 0 第一章绪论 染料的去除效果很好。染料去除率高再生成本也要比单纯g a c 法低田】。 蔡惠如等采用浸没式膜生物活性炭反应器( s m b a c r ) 法处理染料废水，发 现其c o d 降解效果和速度都比s b r 法好，染料的脱除也是又快又好，经2 4 h 的好氧分解，c o d 、色度的去除率可达9 0 d a 上 2 5 1 根据印染废水的特点，选用单一工艺很难实现达标排放的要求，需将单一 处理工艺进行优化组合。根据废水的水质成分、排放要求及投资状况选择适宜 的治理方法，达到环境效益和社会效益的统一。以生物处理为主，再辅以物化 处理的处理技术仍是目前处理印染废水比较经济有效的处理方法。生物处理采 用水解酸化+ 生物接触氧化法，物化处理方法常选择混凝气浮法。 1 3 。水解酸化+ 接触氧化”工艺 “水解酸化+ 接触氧化”工艺在厌氧段摒弃了厌氧过程中对环境要求严格、 降解速率较慢的甲烷化阶段，使厌氧段( 水解) 反应器容积大大减小，同时省 去气体回收利用系统，基建管理费用大大减少。该工艺目前己成功应用于城市 污水1 2 6 1 2 7 1 、多种难降解工业废水口8 3 1 1 的处理。近年来，各种新式填料的出现使 得厌氧水解一好氧反应器内可以维持很高的生物量，其应用前景十分广阔。 1 3 1 厌氧水解与厌氧消化的区别嘲嘲： 厌氧过程中，微生物将有机物分解的过程分为三个阶段，即水解、酸化 阶段，是在水解与发酵细菌的作用下，使碳水化合物、蛋白质和脂肪水解发酵 转化成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等；产氢产乙酸阶段， 是在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成氢、二氧化碳和乙酸； 产甲烷阶段，是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用，一组把氢和二氧化 碳转化成甲烷，另一组对乙酸脱羧产生甲烷。厌氧水解处理工艺是考虑到产甲 烷菌与水解产酸菌生长速度不同，在反应器中利用水流的淘洗作用造成甲烷菌 在反应器中难于繁殖，将厌氧处理控制在反应时间短的厌氧处理第一阶段。 复杂有机物的厌氧降解过程可用图1 1 来表述。 从生物处理原理上讲，水解是厌氧消化过程的第一阶段，但“水解酸化+ 接触氧化”工艺中的水解段和厌氧消化追求的目标不同。 “水解酸化+ 接触氧化”工艺中的水解段的目的主要是将原水中的不溶性 有机物水解为溶解往有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的 小分子物质，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧处理。 在混合厌氧消化系统中，水解酸化和整个消化过程有机的结合在一起，共 处于一个反应器中，水解、酸化的目的是为混合厌氧消化过程中的甲烷阶段提 供基质。 旗蓬厂印染废水处理试验研究和工程改造实玻 两相厌氧消化中的产酸段是将混合厌氧消化中的产酸段和产甲烷段分开， 以便形成各自的最佳环境，同时，产酸相对所产生酸的形态也有要求( 主要是乙 酸) ，此外，废水中如含有高浓度的硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐时， 这些物质及其转化产物不仅对甲烷菌有毒害作用，而且影响沼气的质量，也应 在产酸相中予以去除。 蛋白质1l 碳水化合物1l 脂肪( 类脂物 氨基酸ll 单糖ll 长链脂肪酸 细胞外酶 丙酮酸+ 短链脂肪酸+ h 2 + c 0 2 + n i 3 + 醋酸+ b + c 0 2 + n h 3 + h 2 s 产酸菌 产氢产乙酸菌 c h 4 + c 0 2 + n h 3 + 产甲烷菌 图1 1 复杂有机物的厌氧分解图 f i g 1 - la n a e r o b i cd e c o m p o s i t i o no f c o m p l e xo r g a n i s m 因此，尽管“水解酸化+ 接触氧化”处理工艺中的水解酸化段、两相法厌 氧发酵工艺中的产酸相和混合厌氧消化工艺中产酸过程均产生有机酸，但由于 三者的处理目的不同，各自的运行环境和条件存在着明显的差异，主要表现在 以下几个方面： e h 不同。在混合厌氧消化系统中，须将氧化还原电位e h 严格控制在 3 0 0 m v 以下以满足甲烷菌的要求，因而其水解酸化菌也是在此e h 值下工作的； 两相厌氧消化系统则须将产酸相的e h 控制在1 0 0m v - 3 0 0m v 之间。而水解 酸化工艺，只要将e h 控制在+ 5 0m v 下即可发生有效的水解酸化作用。 p h 要求不同。混合厌氧处理系统中，其p h 通常控制在甲烷菌生长的最 佳范围( 6 8 7 2 ) 以内；两相工艺中则为控制其产物的形态而将p h 严格控制 在6 o 6 5 之间。而厌氧水解酸化工艺由于其后续处理为好氧工艺，因而对p h 的要求并不十分严格，且由于水解酸化菌对p h 的适应性较强，因而其适宜p h 范围较宽( 适宜值为3 5 l o ，最优值为5 5 6 5 ) 。 温度( t ) 的不同。混合厌氧系统和两相系统对温度均有严格的要求， 要么控制在中温( 3 0 3 5 ) ，要么控制在高温( 5 0 5 5 ) 。而水解酸化 工艺则对工作温度无特殊要求，其在常温下运行仍可获得满意的效果( 研究表 第一章绪论 明，当温度在1 0 2 0 c 之间变化时，水解酸化反应速率变化不大，说明水解 酸化微生物对低温变化的适应能力较强) 。 表1 2 水解好氧处理工艺中的水解段与厌氧消化的比较 1 1 i 水解+ 好氧中的水两相厌氧消化中的 项目 厌氧消化 解段 产酸相 e h ( m v ) 。 o c c h 2 分散染料 聚酯纤维 此外，还存在着偶极矩力的结合 o “ 一n h 2 宇一c c h 和非极性的范德华引力。其次是分散染料在纤维和染浴中的分配关系，分散染 料染聚酯纤维时，符合一种物质在两种溶剂的分配定律，即溶解在水中的染料 和溶解在纤维中的染料之间存在着平衡关系。 染料在溶液中的浓度和在纤维上的浓度比为常数k 。 d d = k d s ( 式2 - 1 ) 式中 d d 溶液中染料的浓度； p d 纤维中染料的浓度。 k 值越大，在平衡时染料上染到纤维上的量越多。在一定温度下增加溶液中 染料的用量，最后达到饱和值【”。 最后是分教染料在聚酯纤维中的扩敖。影跪分散染料在聚酯纤维中扩散的 因素是染料和纤维问吸引力的大小，吸引力大，染料易被吸附至纤维表面，不 易扩散至纤维内部；分散染料染聚酯纤维，主要是要增大纤维间的孔道，温度 高时，无定形区域的分子键段运动增大，孔道增大，使染料分子易于扩散进入 纤维。 旗