（环境工程专业论文）混凝—活性炭吸附对化工废水深度处理效果的研究.pdf

硕士学位论文 摘要 化工产品在人们生产和生活中体现着非常重要的作用。伴随化工产品的 逐渐增多，其生产过程对环境的污染在逐渐加剧，对人类健康的危害也日益 普遍和严重，尤其是精细化工产品( 如制药、染料、日化等) 生产过程中排出 的大量有毒有机物质，很大一部分都是结构复杂、有毒有害和生物难以降解 的物质。化工废水的处理难度较大，研究进一步提高化工废水中有毒有机污 染物的去除效果已经成为当前环保治理工作中的一项重要任务。 本课题在实验室条件下，以石油化工二级处理厂废水为对象，通过试验 对比了三种处理方法，即活性炭吸附处理、混凝处理、混凝一活性炭吸附联 合处理，对化工废水进行深度处理和去除有毒有机物的效果。对影响化工废 水中有毒有机污染物去除率的投加量、配比、吸附时间、p h 值等主要因素进 行试验后，得出了去除有毒有机污染物的最佳试验条件。 主要研究结果如下： ( 1 ) 活性炭吸附处理，最佳投加量6 5 m g l 、吸附时间6 h 、p h5 ，出水浊 度、c o d 、硝基苯和苯胺的去除率分别为7 1 2 、7 5 3 、6 4 4 和6 6 3 。 ( 2 ) 混凝处理，硫酸铝、氯化铁分别与聚丙烯酰胺进行复配，氯化铁与 聚丙烯酰胺的复配体系对污染物的去除率优于硫酸铝与聚丙烯酰胺的复配 体系，出水浊度、c o d 、硝基苯和苯胺的去除率分别为9 3 5 、6 0 1 、38 5 、 3 9 1 。 ( 3 ) 混凝一活性炭吸附联合处理，絮凝后，在静态吸附时最佳投加量 5 5 m g l 、吸附时间5 h 、p h5 ，出水浊度、c o d 、硝基苯和苯胺的去除率分 别为9 7 4 、8 3 8 、7 8 9 和7 9 4 ；在动态吸附时的最佳流速为2 6 7 3 3 2 m l m i n ，出水浊度、c o d 、硝基苯和苯胺的去除率分别达9 8 0 、8 4 0 、 7 9 0 和8 0 o 以上。 结果表明：混凝一活性炭吸附联合处理工艺比混凝或活性炭吸附单一工 艺对化工废水的深度处理效果有明显提高，可使出水浊度小于o 3 2 6 n t u ， c o d d x 于11m g l ，出水水质明显改善，特别是对进一步提高有毒有机污染物 的处理程度效果明显，可使硝基苯的含量低于o 0 9 3 m g l ，苯胺的含量低于 0 1 0 9 m g l 。 关键词：化工废水；有毒有机污染物；深度处理；混凝；活性炭； 混凝一活性炭吸附对化工废水深度处理效果的研究 a bs t r a c t c h e m i c a lp r o d u c t sp l a yav e r yi m p o r t a n tr o l ei np e o p l e sp r o d u c t i o na n dl i v e s w i t ht h e g r a d u a l i n c r e a s eo fc h e m i c a l p r o d u c t s ，t h ep r o d u c t i o np r o c e s s o f e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ni sg r a d u a l l yi n c r e a s i n g ；t h eh a r mt oh u m a nh e a l t hi sa l s o w i d e s p r e a da n ds e r i o u s ，e s p e c i a l l yi nf i n ec h e m i c a lp r o d u c t s ( e g p h a r m a c y , d y e s t u f f , d a i l yh e a l t hp r o d u c t s ) p r o d u c t i o np r o c e s s ，w h i c hl e to u tal o to ft o x i ca n do r g a n i c s u b s t a n c e af a i r l yl a r g en u m b e ro ft h e mh a v ec o m p l e xs t r u c t u r e s ，t ob et o x i ca n d h a r m f u ls u b s t a n c e ，a n dh a r d l yd e g r a d e d b yl i v i n gb e i n g s b e c a u s eo ft h ed i f f i c u l t i e so f w a s t e w a t e rd i s p o s a l ，t of u r t h e ri m p r o v et h er e s e a r c ho ft o x i ca n do r g a n i cp o l l u t a n t s h a sb e i n ga ni m p o r t a n tm i s s i o ni ne n v i r o n m e n tm a n a g e m e n tw o r kt o d a y i nt h el a b o r a t o r yc o n d i t i o n s ，t h ew a s t e w a t e ri nt h es e c o n d a r yp e t r o c h e m i c a lo ft h e p l a n ta sa no b j e c t ，t h r e em e t h o d sh a v eb e e nc o m p a r e db ye x p e r i m e n tt ot h eq u e s t i o no f c h e m i c a lw a s t e w a t e ri nd e e pd i s p o s a la n dt o x i co r g a n i c sr e m o v a le f f e c tw h i c hi s a c t i v a t e dc a r b o na d s o r p t i o nd i s p o s a li nt h es u b j e c t a f t e rt h et e s to fd o s a g e ，r a t i o ， a d s o r p t i o nt i m e ，p ha n do t h e rm a j o rf a c t o r s ，w h i c hi n f l u e n c eo nt h et o x i co r g a n i c p o l l u t a n t sr e m o v a le f f i c i e n c yi nc h e r n i c a lw a s t e w a t e r , i tc o m et oac o n c l u s i o nt h a t w h a ti st h eb e s tc o n d i t i o nt or e m o v et h et o x i ca n do r g a n i cp o l l u t a n t s m a i nr e s e a r c hr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) a c t i v a t e dc a r b o na d s o r p t i o nd i s p o s a l ，t h eb e s tc a r b o na m o u n ti s6 5 m g l ， a d s o r p t i o n t i m ei s 6 h ，p hi s5 ，a n dt h er e m o v a lr a t e o fw a t e rt u r b i d i t y , c o d ， n i t r o b e n z e n ea n da n i l i n ea r er e s p e c t i v e l y71 2 ，7 5 3 ，6 4 4 a n d6 6 3 ( 2 ) c o a g u l a t i o n ，a l u m i n u m s u l f a t ea n df e r r i cc h l o r i d ea r ef o r m u l a t e dw i t h p o l y a c r y l a m i d er e s p e c t i v e l y t o w a r d s t h er e m o v a lr a t eo ft h ep o l l u t a n t s ，t h e f o r m u l a t i o ns y s t e mo ff e r r i cc h l o r i d ea n dp o l y a c r y l a m i d ei sb e t t e rt h a na l u m i n u m s u l f a t ea n dp o l y a c r y l a m i d e t h er e m o v a lr a t eo fe f f l u e n tt u r b i d i t y , c o d ，n i t r o b e n z e n e a n da n i l i n ea r er e s p e c t i v e l y9 3 5 ，6 0 1 ，3 8 5 a n d3 9 i ( 3 ) c o a g u l a t i o n - - a c t i v a t e d c a r b o n a d s o r p t i o n c o m b i n e dd i s p o s a l ，a f t e r f l o c e u l a t i o n ，t h es t a t i ca d s o r p t i o no p t i m a lc a r b o na m o u n ti s5 5 m g l ，a d s o r p t i o nt i m ei s 5 h ，p hi s5 ，a n dt h er e m o v a lr a t eo f w a t e rt u r b i d i t y , c o d ，n i t r o b e n z e n ea n da n i l i n ea r e r e s p e c t i v e l y9 7 4 ，8 3 8 ，7 8 9 a n d7 9 4 t h ed y n a m i ca d s o r p t i o no p t i m a l v e l o c i t y i s2 6 7 3 3 2m l m i n ，a n dt h er e m o v a lr a t eo fw a t e rt u r b i d i t y , c o d ， n i t r o b e n z e n ea n da n i l i n er e a c h9 7 0 ，8 4 0 ，7 9 0 a n d8 0 ，o r e s p e c t i v e l y 硕士学位论文 t h er e s u l t ss h o wt h a t ：a c c o r d i n gt ot h ee f f i c i e n c yo fc h e m i c a lw a s t e w a t e ri nd e e p d i s p o s a l ，c o a g u l a t i o n - - a c t i v a t e dc a r b o na d s o r p t i o nc o m b i n e dd i s p o s a lt e c h n o l o g y c o m eal o n gw a yt h a ns i n g l ec o a g u l a t i o no ra c t i v a t e dc a r b o na d s o r p t i o nd i s p o s a l i t m a k e st h a tw a t e rt u r b i d i t yi sl e s st h a n0 3 2 6 n u t c o di sl e s st h a n11 m g l ，e f f l u e n t q u a l i t yi ss i g n i f i c a n t l yi m p r o v e d t h ee f f e c ti so b v i o u s ，e s p e c i a l l yt of u r t h e ri m p r o v e t h el e v e lo ft o x i co r g a n i cp o l l u t a n t sd i s p o s a l ，i ta l s om a k e st h ec o n t e n to fn i t r o b e n z e n e u n d e ro 0 9 3 m g l ，a n i l i n ec o n t e n tb ei n f e r i o rt o0 10 9 m g l k e yw o r d s ：c h e m i c a li n d u s t r yw a s t e w a t e r ；t o x i co r g a n i cp o l l u t a n t s ； d e e pd i s p o s a l ；c o a g u l a t i o n ；a c t i v a t e dc a r b o n ； i i l 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 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：鼍内、豢岛 日期溯口年钥) 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，即：学校有 权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。本人授权兰州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。同 时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据 库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：钧、 导师答名：矽 惫又 日期：劢矿年 日期：9 ，。年 舌月7 日 莎月7 日 硕士学位论文 第l 章绪论 水是生命之源。随着科技的进步、社会的发展，人们越来越认识到水的重要 性，对水资源的担忧也越来越严重。水危机成了世界范围内的热门话题。世界银 行副总裁伊斯梅尔塞热格尔丁甚至认为：2 0 世纪的许多战争都是为了石油，但 是下个世纪的战争将是为了水。在中国人们同样也在担忧水危机的到来。 1 1 我国的水资源概况及可持续发展战略 1 1 1 水资源概况 水资源是基础自然资源，是生态环境的控制性因素之一，同时又是战略性经 济资源，是一个国家综合国力的有机组成部分。目前，它正日益影响着全球的环 境与发展，水资源的国家战略及其相关的科学问题也已发展成为2 l 世纪全球共同 关注和各国政府的重点议题之一。 中国是世界人口大国，但人均淡水资源却是贫国。就全国而言，我国水资源 总量为2 8 万亿m 3 ，按1 9 9 7 年人口统计人均水资源量为2 2 2 0 m 3 。预测到2 0 3 0 年人口 增至1 6 亿时，人均水资源量将降至1 7 6 0 m 3 。按国际上一般承认的标准，人均水资 源量少于1 7 0 0 m 3 为用水紧张的国家。从地区来看，情况更加不容乐观。由于降雨 时空分布严重不均，我国水资源总量的8 1 集中分布于长江及其以南地区，其中 4 0 以上又集中于西南五省区，人均占有淡水资源量南方最高和北方最低可以相差 十倍，西部比东部则相差五、六百倍。由此可见，北方水荒的说法已经不是危言 耸听。另外，虽然南方地区水资源比较丰富，但由于水体污染所导致的水质型缺 水也非常严重。因此，我国水资源地区分布差异性大，北方地区资源型缺水，南 方地区水质型缺水是我国水资源短缺的基本特点。目前，水资源短缺己成为我国 经济、社会可持续发展的重要制约因素，如果水资源危机不能未雨绸缪，它将成 为所有资源问题中最为严重的一个，并将直接影响国家经济发展和社会稳定。 据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐 年加重的趋势。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影响，而且还严 重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。 1 1 2 水资源可持续发展战略 可持续发展理论，是科学的发展观。其理论主张“发展不仅要满足当代人需 求，而又不对后代人满足其需求的能力造成威胁。 混凝活性炭吸附对化工废水深度处理效果的研究 这一科学发展观是世界环境与发展委员会于1 9 8 7 年向联合国正式提出。它包 含两个基本原则：一是必须满足当代入，特别是穷人发展的需要；二是今天的发 展要有利于满足后代人需求的能力。这一科学发展观已为世界各国接受并采用。 人类可持续发展的重要目标是社会进步、消除贫困、促进发展、保护环境。 水资源作为人类进步与发展的重要载体，以可持续发展理论指导对水资源利用的 实践是一项最有现实意义和深远意义的工作。 水在整个地球的生态环境中发挥着不可替代的作用，是生态环境中最活跃最 有影响力的重要因素。物种的进化、气候的变迁、地貌的变化都与水的运动与循 环有着不可分割的联系。 全球经济一体化的推行已成为世界经济发展的主流，人类对水资源的开采与 利用虽然在一定程度上改善了人类生活环境。但是，大规模的开发水资源和污染 问题不仅破坏了原有的平衡，也产生严重的生态环境问题。人类应按照自然资源 的可持续性发展理论开发和利用好水资源，以确保人类社会在进步与发展中符合 可持续发展理论。 由于水资源与人类的社会经济发展有着十分密切的关系，随着人类社会经济 不断的发展，对水资源的需求呈直线上升趋势，全球水资源短缺矛盾将尤显突出。 人类在经济与发展的进程中，经济发展对水资源的需求增加，尤其是现代农 业和现代工业发展对水的需求大幅增度增加；人类生活水平的提高和文明的进步 加速了对水的需求增加；城市化进程和公共卫生工程加速了对水的需求增加。 从科学发展观出发，应倡导合理用水、科学管理、综合发展和保持平衡的原 则，科学合理开发和利用水资源，以促进社会的发展和进步。科学发展观提出， 首先，应该奉行开源与节流并举的方针。开源是为了满足社会经济发展的需求， 节流是为了确保水资源的可持续利用。在开源上应开拓视野，除了大型远距离引 水工程之外( 如中国的南水北调工程和美国加州的北水南调工程) 还应在开发再 生水资源( 中水利用) 、海水利用、雨水采集等方面采取积极有效、因地制宜的措 施，通过这些措施去替代更为宝贵的淡水资源。如以再生水资源开发来取代部分 的冲厕用水、景观用水、绿化用水、工业用水和农业、养殖业用水。过去，在对 海水利用方面主要是沿海城市中利用海水对淡水资源的替代。如香港特别行政区 的冲厕用水就使用海水。对这一方式应全面考虑，否则由此而派生出的污水处理 方式的改变与排放目标的实现，可能导致污水处理成本居高不下。另外，目前还 应关注海水淡化处理工艺的发展，如果海水淡化成本可以从目前u s d0 7 m 3 降 至u s d0 3 m 3 ，那么市场前景将十分可观。关于雨水采集，对季节性缺水、干旱 性缺水和区域性缺水地区是一项十分有效的工作。 在节流方面，应从四个方面入手： ( 1 ) 降低农产品、工业产品单位产品耗水量，提高工业水循环使用率和农业 硕士学位论文 用水灌溉水渠利用率； ( 2 ) 降低供水企业管网水损率和自用水率； ( 3 ) 以新技术对生活配套设施进行改造，降低居民生活用水损耗，提高和满 足使用效果； ( 4 ) 以价格改革的经济杠杆作用，促进节水意识的提高； ( 5 ) 加大对水资源管理的力度和环境保护力度。 这就要求政府建立一套科学、合理的监管体系，从国家发展战略的高度制订 符合发展观的政策，在管理和技术上给予支持，从而在社会上引发一场“用水革 命。 人类社会在进步与发展进程中，如何在对资源需求中找到平衡是确保对水资 源可持续发展的关键。当在某些地区或部分区域的资源失衡后，人类应该进行反 思，并积极地作出补救，才能确保社会的进步和发展与自然界的和谐共存。 1 2 水污染现状及其治理 1 2 1 水污染现状 水污染，就是天然或人为的有害物质对自然界中水体造成的污染。水污染是 全球普遍存在的问题，我国尤为严重。目前，我国城市水域受污染率高达9 0 。 2 0 0 5 年全国人大水污染执法检查表明，我国湖泊中约有7 5 的水域受到污染，出 现富营养化、蓝藻泛滥。除此之外，地下水的污染状况也不容乐观。我国约7 0 的人口以地下水为饮用水，4 0 的农业灌溉使用的是地下水。2 0 0 5 年的一项调查 显示，9 0 的城市地下水已经被有机和无机污染物所污染，且正在快速扩大。 水是人体不可或缺的营养物质之一，人体每天必须摄入足够的水分。因此， 水质的优劣与人体的健康密切相关。世界卫生组织研究表明，在发展中国家，8 0 的疾病和1 3 的死亡是由饮用水不洁造成的。由于饮用水污染，全世界每年有5 0 0 0 万儿童死亡，3 5 0 0 万人患血管病，7 0 0 0 万人患结石病，9 0 0 0 万人患肝炎。 中国正在经历前所未有的水污染转型，水资源、水环境、水生态和水灾害四 大水问题相互作用，彼此叠加，形成影响未来中国发展和安全的多重水危机，其 中水污染的威胁尤为突出。 据( 2 0 0 0 年中国的环境、现代中国经济大事典等提供的资料分析，水 资源紧缺将成为我国突出的重大环境问题。据报道，2 0 0 4 年我国6 0 0 多个城市中， 有4 0 0 多个城市存在供水不足，在沿海城市，由于城市人口增加，工业废水排放 和水资源过量开发，将对海洋环境和淡水资源的供应构成威胁。由于缺水和水污 染给经济发展、城市建设和人民健康带来极大危害，全国估计每年水污染造成的 经济损失约3 0 0 亿元。 混凝一活性炭吸附对化工废水深度处理效果的研究 水污染问题已经处于一个相当严重的局面。根据水利部1 9 9 7 年的统计，全国 河流中，污染河长( 包括i v 类、v 类河长占总河长2 7 7 ，超v 类河长占1 5 已 占总河长6 5 4 0 5k m 的4 2 7 ) 。完全污染、失去水的使用价值的超v 类河流占总 河长的1 5 。而松辽、黄河、海河、淮河的污染河长竟达到6 5 8 0 。如果按 v 类和超v 类计，严重污染的河长占本流域评价河长的百分比依次为：辽河流域 7 0 4 、淮河流域6 9 5 、海河流域6 7 3 、太湖水系4 6 7 、黄河流域3 2 1 。 与1 9 8 4 年相比十几年来受污染河流的长度翻了一番n 1 。 我国的官厅水库和欧洲的莱因河是两个明显的事例。官厅水库建于1 9 5 2 年， 原系北京的饮用水源之一，由于上游数十家造纸厂、化肥厂、酒厂的工业废水不 达标排放和张家口等城镇生活污水直接排入而受到严重污染，水体蜕变为i v 类和 v 类，失去了饮用价值。1 9 9 7 年被迫退出北京城市生活饮用水源的位置。位于欧 洲的莱茵河在二战以后由于德国发展经济，两岸企业对废污水不加处理就排入河 中，使河道严重污染，到6 0 年代河中没有一条鱼甚至没有一颗藻类，河流“死” 掉了。 工业污水不经处理即排入河道，给河流和附近的人、畜及其它生物都带来了 无穷的危害。这些污水中含有汞、铬、镍、铜、铁和氮、酚等有害物质，不但会 使河里的水生生物变形或绝生，而且用这些污水灌溉过的庄稼，不是枯萎，就是 籽粒含有毒素，人、畜吃了这些籽粒或蔬菜，有的中毒，有的得病，影响了工农 业生产和人民的身体健康。如甲基汞引起的水俣病，砷中毒引起面部砒丁，饮用 含氟量高的水出现的氟斑釉牙等。 综上所述，对于我国目前的污染现状，环境质量总体水平大体与五六十年代 发达国家受污染最严重的时期相当。 1 2 2 水污染治理 在水污染治理研究方面，1 9 8 6 年国家“六五”科技攻关项目“主要污染物水 环境容量研究 科研成果经过国家级鉴定。我国环境科学研究人员通过协力攻关， 在一些江段及海湾区的科研工作中得出结论：天然河流水体对有机污染物具有巨 大的同化能力，对重金属有一定的环境容量。因此找到了一套适合我国国情的水 污染防治途径：把污染物人工处理设施的建立和天然河流的自净能力结合起来， 在发展生产的同时，通过污染源布局规划优化决策，实现环境效益、经济效益和 社会效益的统一。 1 9 9 0 年1 2 月由中国科学院沈阳应用生态研究所，清华大学等多个单位承担的 “七五 科技攻关项目“沈阳市西部城市污水慢速渗透土地处理系统研究 ，在l 0 9 亩耕地上实现了日处理6 0 吨污水的连续三年终年运行，1 6 日通过了国家鉴定。 为中国污水无害化、资源化，展示了光明的前景。 4 硕士学位论文 在国外，澳大利亚的研究人员利用对人体无害的细菌开发出净化污水的一种 新方法。这种生物技术能去除金属锰一配水系统中的一种常见的污染物，具有取 代目前使用化学氧化剂处理方法的潜力，并能缓解公众对于将化学品加入水系统 的担心。 在日本，由于水源受到了污染，所以很久以来就有“自来水不好喝 的说法， 为解决这一问题，科学家们经过研究，一臭氧净化水质的新方法已经问世，从而代 替了水的氯化消毒处理。因为用传统的氯化消毒处理方法，可以使水中所含的腐 殖质等多种有机物发生化学变化，形成对人体健康有害的卤代烃( 如三氯甲烷) 等含氯有机物，其中相当多是有毒的。 在美国，老式的污水处理法是采用沉淀浮游物和分解微生物的方法，但若处 理时间短，微生物就不能把污染物质完全分解。为了解决这一问题，美国考虑用 生态污水处理法来取代老式的污水处理法。这种方法是建一座人造沼泽，利用微 生物的自然净化能力处理污水。现在美国加利福尼亚等地已采用了这种方式n 1 。 1 3 化工废水来源及其危害 1 3 1 化工废水的来源 化学工业是一个多行业、多品种的工业部门，包括化工原料、化肥、无机盐、 氯碱、农药、染料、有机原料、合成原料、助剂、添加剂、化学是机、涂料、橡 胶加工、感光材料等2 0 多个行业。化工产品多种多样，成分复杂，排出的废水也 多种多样。多数有剧毒，不易净化，在生物体内有一定的积累作用，在水体中具 有明显的耗氧性质，易伎水质恶化。 化工废水可分为三类： 第一类为含有机物的废水，种类多、毒性大、c o d 值高、色泽深、酸性( 或碱 性) 强，大部分都是生物难降解的污染物质，对生态环境和人体健康有很大的危害。 主要来自有机原料、合成材料( 合成塑料、合成橡胶、合成纤维等) 及农药、染 料等行业废水。 第二类为含无机物的废水，主要来自氮肥、磷肥、钾肥、硫酸、硝酸及纯碱 等行业的废水。无机化工废水包括从无机矿物制取酸、碱、盐类基本化工原料的 工业，这类生产中主要是冷却用水，排出的废水中含酸、碱、大量的盐类和悬浮 物，有时还含硫化物和有毒物质。 第三类为既含有机物又含无机物的废水，如氯碱、感光材料、涂料、及颜料 等行业的废水髓，。 1 3 2 化工废水的危害 水源水中的有机污染物可以分为以下两类：天然有机物( n o m ) 和人工合成有 混凝一活性炭吸附对化工废水深度处理效果的研究 机物( s o c ) 。天然有机污染物是指动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的物 质，包括腐殖质、微生物分泌物、溶解的动物组织及动物的废弃物等，也称为耗 氧有机物或传统有机物。人工合成有机物大多为有毒有机污染物，其中包括“三 致 有机污染物。有机污染物进入自然环境后，与土壤或沉积物中的有机物，矿 物质等发生一系列物理化学反应，如分配、物理吸附、化学吸附、生物富集作用、 挥发作用、光解作用等，使水中溶解性部分浓度下降而转入固相或气相中去。在 一定的条件下，吸附到土壤和沉积物上的有机化合物又会发生各种变化，重新进 入水中，甚至危及水生生物和人体健康，传统有机物也称为自然环境的代谢物， 如水生生物及其分泌物，腐殖质等。典型的传统有机物在1 0 2 0 种之间。天然水休 中的传统有机物一般是指有机腐殖质。这些有机物大部分呈胶体颗粒状，部分呈 溶液状，部分呈悬浮物状。 有毒有机污染物即人工合成有机物( s o c ) ，具有以下特点：难于降解，在环境 中有一定的残留水平，具有生物富集性、三致作用和毒性。相对于水体中的天然 有机物，它们对公众的健康危害更大。 有毒有机污染物的种类成千上万，而且人工合成有机化学品的不断问世，使 这类污染物的种类还在不断上升。这些有毒化学物质往往吸附在悬浮颗粒物上和 底泥中；成为不可移动的一部分。它们对水环境的影响时间可能会很长。有毒有 机污染物一般难于被水中微生物降解，但却易被生物吸收，通过生物的食物链过 程，逐渐富集到生物体内，从而对人休健康造成危害。 业已查明，许多痕量有毒有机物对综合性指标b o d s ，t o c 等影响极小，但却 具有更大的潜在威胁。医学中流行病己查明，8 0 9 0 的癌症与环境因素有关，而 绝大多数致癌物则是有毒有机物，如硝基苯、苯胺。 硝基苯、苯胺是工业来源广泛的有机污染物，在我国的地表水和水源水中时 有检出。由于硝基苯、苯胺对人体的毒害作用及对水体的环境影响都很大，现已 被美国和我国国家环保局列为水中优先控制的有机污染物。由于常规处理工艺对 硝基苯、苯胺的去除效率有限，迫切需要采用新的工艺，以保证水资源的安全。 环境中所含的有机污染物主要来自化工业和制药工业的废水中，含有硝基苯 的酸性废水，在有锌粉和铜盐的存在下可还原为苯胺，有色金属选矿厂废水中有 时也含有少量苯胺类化合物。苯胺毒性比较高，仅少量就能引起中毒。这些有机 污染物通过皮肤、呼吸道和消化道进入人体，从而破坏血液造成溶血性贫血，损 害肝脏引起中毒性肝炎，严重时甚至会致癌、致畸、致突变。因此，在环境中对 有机污染物应严格控制排放。 1 3 2 1 硝基苯 硝基苯，俗称人造苦杏仁油，是一种剧毒有机物，有像杏仁油的特殊气味。 j 硕七学位论文 化学式为c 6 h 5 n 0 2 。纯品是几乎无色至淡黄色的晶体或油状液体，不溶于水。 硝基苯是工业上制备苯胺和苯胺衍生物的重要原料，同时也被广泛用于橡胶、 杀虫剂、染料、药物、涂料溶剂、皮革上光剂、地板抛光剂的生产。 硝基苯的主要毒作用： ( 1 ) 形成高铁血红蛋白的作用：主要是硝基苯在体内生物转化所产生的中间 产物对氨基酚、间硝基酚等的作用。 ( 2 ) 溶血作用：发生机制与形成高铁血红蛋白的毒性有密切关系。硝基苯进 入人体后，经过转化产生的中间物质，可使维持细胞膜正常功能的还原型谷胱甘肽 减少，从而引起红细胞破裂，发生溶血。 ( 3 ) 肝脏损害：硝基苯可直接作用于肝细胞致肝实质病变，引起中毒性肝病、 肝脏脂肪变性，严重者可发生亚急性肝坏死。 1 3 2 2 苯胺 苯胺，俗称阿尼林油，是无色油状液体。暴露于空气中或同光下变成棕色， 有强烈气味，稍溶于水，易溶于有机溶剂。 苯胺引起急性中毒时，轻者皮肤发生轻度青紫，尤其口唇、指甲和外耳壳明 显，头痛、眩晕、全身软弱，中等程度者除青紫外还有呕吐、脉跳加速、血压增 高等症状；重者产生意识不清，伴有阵发性抽搐、瞳孔放大、体温下降等症状， 很快死亡。苯胺慢性中毒时，对造血系统的损害表现为红血球逐渐减少，不同程 度的青紫；对神经系统的损害表现为持续性头痛、智力减退或丧失，以及各种神 经官能症状；对泌尿系统的损害表现为排尿困难、血尿等现象，甚至发生尿道癌、 - f i l j 歹0 腺癌或膀胱癌；对皮肤的损害表现为皮肤发红、疼痛、荨麻疹等过敏反应。 因此，在环境中对苯胺类化合物应严格控制排放1 。 1 4 化工废水的特征 化工废水特点：( 1 ) 排放量大，生产中工艺用水和冷却水用量很大，中小企 业设备陈旧，清污难以分流，耗水量大，水循环利用率低。( 2 ) 水质复杂且污染 物含量高，我国生产1 吨合成氨流失氨氮1 3 k g ，发达国家仅为0 “k g 。( 3 ) 废水 中污染物毒性大，化工废水中污染物多具毒性，有重金属、氰、酚、氟化物、有 机氯、有机磷、葸醌、萘系、及硝基化合物等。 化工废水最主要的特点是：水质水量变化大，b c 比低，可生化性差。一般 化工废水还有较高的色度。p h 值多为强酸性或强碱性，故处理的难度很大。处理 化工废水已经成为世界性难题。对高效、低成本的处理化工废水新工艺的研究具 有非常重要的意义，这对于摆脱目前化工行业面临的尴尬局面，保护水环境，健 康发展化工行业具有十分现实的影响。 7 混凝一活性炭吸附对化r = 废水深度处理效果的研究 1 5 化工废水处理技术研究现状 1 5 1 化工废水的处理工艺现状 废水处理技术已经经过了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 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展着。 尤其现在的化工废水中的污染物是多种多样的，往往用一种工艺是不能将废水中 所有的污染物去除殆尽的。用物化工艺将化工废水处理到排放标准难度很大，而 且运行成本较高n 1 。化工废水含较多的难降解有机物，可生化性差，而且化工废水 的废水水量水质变化大，故直接用生化方法处理化工废水效果也不是很理想。 针对化工废水处理的这种特点，对其处理宜根据实际废水的水质采取适当的 预处理方法，如絮凝、内电解、电解、吸附、光催化氧化等工艺，破坏废水中难 降解有机物、改善废水的可生化性，再联用生化方法，如s b r 、接触氧化工艺， a o 工艺等，对化工废水进行深度处理。 目前，国内对处理化工废水工艺的研究也趋向于采用多种方法的组合工艺。 例如，采取内电解混凝沉淀一厌氧一好氧工艺处理医药废水、采用大孔吸附树脂 吸附和厌氧一好氧生物处理一絮凝沉淀法处理有机化工废水、采用絮凝一电解法 联用处理麻黄素废水、采取臭氧一生物活性碳工艺去除水中有机污染物、采用光 催化氧化一内电解一s b r 组合方法处理高浓化工废水都取得了比较好的结果。 1 5 2 化工废水的处理方法 化工废水的主要处理方法有：物理法( 包括过滤法、重力沉淀法和气浮法等) 、 化学法( 化学混凝法、化学氧化法、电化学氧化法) 、生化法( 活性污泥法、s b r 法、 接触氧化工艺、升流厌氧污泥床法等) 、物理化学法( 吸附法、萃取法、膜吸法等) 。 ( 1 ) 物理处理法是通过物理作用分离和去除废水中不溶解的呈悬浮状态的污 染物( 包括油膜、油珠) 的方法。处理过程中，污染物的化学性质不发生变化。 方法有：重力分离法，其处理单元有沉淀、上浮( 气浮) 等，使用的处理设备 是沉淀池、沉砂池、隔油池、气浮池及其附属装置等。离心分离法，其本身是 一种处理单元，使用设备有离心分离机、水旋分离器等。筛滤截留法，有栅筛 截留和过滤两种处理单元，前者使用格栅、筛网，后者使用砂滤池、微孔滤机等。 此外，还有废水蒸发处理法、废水气液交换处理法、废水高梯度磁分离处理法、 废水吸附处理法等。物理处理法的优点：设备大都较简单，操作方便，分离效果 良好，故使用极为广泛。 ( 2 ) 化学处理法是通过化学反应和传质作用来分离、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的废水处理法。以投加药剂产生化学反应 硕士学位论文 为基础的处理单元有混凝、中和、氧化还原等；以传质作用为基础的处理单元有 萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗吸和反渗透等。有废水臭氧化处理 法、废水电解处理法、废水化学沉淀处理法、废水混凝处理法、废水氧化处理法、 废水中和处理法等。与生物处理法相比，能较迅速、有效地去除更多的污染物， 可作为生物处理后的三级处理措施。此法还具有设备容易操作、容易实现自动检 测和控制、便于回收利用等优点。化学处理法能有效地去除废水中多种剧毒和高 毒污染物。 ( 3 ) 生物法是利用微生物的新陈代谢作用降解转化有机物的过程。随着化学 工业的发展，污染物成分日渐复杂，废水中含有大量的有机污染物，如仅采用物 理或化学的方法是很难达到治理的要求。利用微生物的新陈代谢作用，可对废水 中的有机污染物质进行转化与稳定，使其无害化。生化处理方法主要分为好氧处 理和厌氧处理两大类型，好氧处理方法主要分为活性污泥法和生物膜法。活性污 泥是利用悬浮生长的微生物絮体处理废水的方法，这种生物絮体称为活性污泥， 它由好氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成，具有降解废水中有机 污染物的能力。生物膜法是通过废水同生物膜接触，生物膜吸附和氧化废水中的 有机物。废水的厌氧生物处理是指在无分子氧的条件下通过厌氧微生物( 或兼氧 微生物) 的作用，将废水中的有机物分解转化为甲烷和二氧化碳的过程，所以又 称厌氧消化。厌氧生物处理实际上是一个复杂的生物化学过程。 研究表明，厌氧过程主要依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢 产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。 用生化法处理废水具有运行成本低，操作管理简单，但由于微生物对p h 值、 营养物质、温度等条件有一定要求，难以适应化工废水水质变化大、成分复杂、 毒性高、难降解的特点，单纯用生化法治理化工废水达标工作难度大。 ( 4 ) 物理化学处理法是废水处理方法之一种。即运用物理和化学的综合作用 使废水得到净化的方法。它是由物理方法和化学方法组成的废水处理系统，或是 包括物理过程和化学过程的单项处理方法，如浮选、吹脱、结晶、吸附、萃取、 电解、电渗析、离子交换、反渗透等。如为去除悬浮的和溶解的污染物而采用的 化学混凝一沉淀和活性炭吸附的两级处理，是一种比较典型的物理化学处理系 统。和生物处理法相比，此法优点：占地面积少；出水水质好，且比较稳定；对 废水水量、水温和浓度变化适应性强；可去除有害的重金属离子；除磷、脱氮、 脱色效果好；管理操作易于自动检测和自动控制等。但是，处理系统的设备费和 日常运转费较高哺1 。 1 6 选题的指导思想 化工产品在人们生产和生活中体现着非常重要的作用。伴随化工产品的逐渐 9 混凝一活性炭吸附对化i t 废水深度处理效果的研究 增多，其生产过程对环境的污染也在逐渐加剧，对人类健康的危害也日益普遍和 严重，尤其是精细化工产品( 如制药、染料、日化等) 生产过程中排出的大量有毒 有机物质，很大一部分都是结构复杂、有毒有害和生物难以降解的物质。化工废 水的处理难度较大，研究进一步提高化工废水中有毒有机污染物的去除效果已经 成为当前环保治理工作中的一项重要任务。 在各种去除化工废水中有机物的深度处理技术中，常规絮凝处理工艺已显得 力不从心，由于活性炭既能有效地去除污水中大部分有机物和某些无机物，又在 水处理方面具有诸多优点，所以到目前已成为化工废水和污染水源净化的有效手 段。活性炭用于化工废水处理通常是作为深度处理，所以本文设想使用混凝一活 性炭吸附联用工艺深度处理化工废水，以期望进一步提高对有毒有机污染物的处 理程度，达到国家回用水水质标准。 1 7 研究内容及目的 ( 1 ) 单用活性炭吸附对化工废水深度处理的效果。研究不同投加量、吸附时 间、p h 值等因素对化工废水中有毒有机污染物去除效果的影响。 ( 2 ) 混凝工艺对化工废水深度处理的效果。研究不同混凝剂的组合、投加量、 水力条件等因素对化工废水中有毒有机污染物去除效果的影响。 ( 3 ) 混凝一活性炭吸附联合工艺对化工废水深度处理的效果。研究活性炭不 同投加量、吸附时问、p h 值、流速等因素对化工废水中有毒有机污染物去除效果 的影响。 1 0 硕十学傍论文 第2 章混凝及活性炭吸附处理废水的研究现状 2 1 絮凝剂的应用现状 絮凝剂主要分为：无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂三大类。 2 1 1 无机絮凝剂 无机絮凝剂又称无机混凝剂。由无机组分组成的絮凝剂，絮凝剂主要是增加 混凝固体的碰撞，使其水解产物附聚、架桥絮凝形成可沉降的或可过滤的絮凝物 【6 ，7 】 0 ( 1 ) 无机单盐絮凝剂。主要包括：硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、硫酸亚铁等。 在给水废水处理中常用的有铝盐、铁盐和氯化钙等，如硫酸铝钾( 明矾) 、氯化铝、 硫酸铁、氯化铁。硫酸铝可用于造纸、纺织、洗衣厂、含胶态粘土的洗砂以及热 电厂燃煤等废水的处理；氯化钙常用于纺织、洗衣及洗羊毛、洗砂等废水，对去 油脂很有效。活性硅土可处理多种工业废水，如油田废水、洗煤水和纸厂废水。 ( 2 ) 无机高分子絮凝剂。主要包括：聚合铝类絮凝剂、聚合铁类絮凝剂和活 性硅酸类絮凝剂以及复合絮凝剂四大类。聚合氯化铝和聚合硫酸铝等聚合电解质 絮凝剂( 或混凝剂) 是把铝盐控制在适宜条件下，制成可达到最优预期絮凝效果 的制剂阳。10 。 2 1 2 有机高分子絮凝剂 有机高分子絮凝剂出现于2 0 世纪5 0 年代，它们应用前途广阔，发展非常迅 速。已用于给水净化，水油体系破乳，含油废水处理，废水再资源化及污泥脱水 等方面。还可用作油田开发过程的泥浆处理剂，选择性堵水剂，注水增稠剂，纺 织印染过程的柔软剂，静电防止剂及通用的杀菌、消毒剂等。 ( 1 ) 天然高分子絮凝剂。电荷密度小、分子量低、易于发生生物降解而失去絮 凝活性。2 0 世纪7 0 年代以来，许多国家开始重视化学改性有机高分子絮凝剂的研 制，这类天然高分子化合物含有多种活性基团，如羟基、酚羟基等，表现出了较 活泼的化学性质。通过羟基的酯化、醚化、氧化、交联、接枝共聚等化学改性， 其活性基团大大增加。聚合物成枝化结构，分散了絮凝基团，对悬浮体系中颗粒 物有更强的捕捉与促进作用，为了提高这类物质的絮凝效果，人们对其进行了大 量的改性研究，经改性后的天然高分子絮凝剂与合成有机高分子絮凝剂相比，其 具有选择性大，无毒、