（环境工程专业论文）絮凝剂在棉及其混纺织物印染废水处理中的应用.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 中文摘要 印染企业在生产过程中产生的印染废水，是纺织印染工业主要污染 源。废水若不经治理直接排放，将对地面水体产生严重影响，引起水体 中生态系统的破坏和水体腐败。由于这类废水成分相当复杂，往往含多种 有机染料并且毒性强，色度深，p h 值波动大，难降解，组分变化大，水量大， 浓度高，而且目前印染行业中，p v a 浆料和新型助剂的使用，使难生化降解 的有机物在废水中含量大量增加，b o d 。c o d c r 值很低，可生化性差。所以 印染废水是工业废水处理的难点，而开发有效的印染工业废水处理技术 是环保行业关注的重要课题。 本课题主要目的是通过絮凝剂应用于棉及其混纺产品废水中，探讨 其在纺织印染废水处理中对色度、c o d 的去除效果；研究絮凝剂在实际 应用中絮凝主要影响因素如：最佳投加量、反应时间、温度、p h 值等； 研究絮凝剂种类、水质变化等因素对絮凝效果的影响及程度。其意义是 通过絮凝实验，得出定性定量关系，再结合结论对聚合氯化铝( p a c ) 、 聚合氯化铝铁( p f a c ) 、无机一有机型絮凝剂性能优缺点进行评价，为纺 织印染废水絮凝处理中絮凝剂的实际应用提供一定的理论基础和实践经 验。 本论文要解决的关键问题是：一、找出对废水色度影响最大的染料的 种类和性质及对絮凝效果的影响；二、研究聚合氯化铝铁对c o d 、色度 的去除效果，在应用中最佳投加量、温度、p h 值等对絮凝效果的影响及 其相对程度；三、与常用的絮凝剂相比，其处理效率、使用范围等的异 同处。以上三方面的内容为技术难点，其成功的解决可为纺织印染废水 处理提供一种廉价、处理效果好、适用范围广的处理方法，为复合型絮 凝剂大规模工业生产使用提供了可能性。 本次课程设计本着严肃认真、深入实践、独立思考的精神，按照先通 过对比实验，找出聚合氯化铝铁与其它絮凝剂相比较的优势，再通过 絮凝正交实验，找出其在实际运用中的最佳反应时间、p h 值、最佳投加 量等定量数据的思路来完成。通过实验，对聚合氯化铝铁运用于印染废 水进行经济、技术评价，并对其不足提出改进建议，为聚合氯化铝铁应 用于印染废水处理提供了一定的理论及实践依据。 关键词：絮凝剂、印染废水、色度、c o d 武汉理工大学硕士学位论文 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 r ，w h i c hp r o d u c e di nt h e p r o d u c t i o no fp r i n t i n ga n dd y e i n gf a c t o r i e si st h em a i np o l l u t i o n s o u r c eo ft e x t i l ei n d u s t r y i ft h ew a s t e w a t e rw e r e n tt r e a t e d b e f o r eb e i n gd i s c h a r g e d ，t h i sw o u l da f f e c tt h eg r o u n dw a t e r s e r i o u s l y t h u sm a yd e s t r o yt h ee c o l o g yb a l a n c eo fw a t e ra n dm a k e w a t e r s e p t i c t h ec o m p o s i t i o n o ft h i s s t y l e w a s t e w a t e ri s c o n s i d e r a b l ec o m p l e x i tc o n t a i n sm a n yk i n d so fo r g a n i cd y e s t u f f i th a sc o m p l e xc h a r a c t e r i s t i c ，s u c ha ss t r o n gt o x i c i t y ，d e e pt o n e ， t h ew i d ef l u c t u a t i o n s ，d i f f i c u l tb i o d e g r a d a b l e ，t h ew i d ev a r i a t i o n o fc o m p o s i t i o n ，al a r g eq u a n t i t yo fw a t e ra n dd e n s i t y a tp r e s e n t ， b e c a u s eo ft h eu s i n go fp a va n dn e wa i dd r u gi np r i n t i n ga n dd y e i n g i n d u s t r y ，t h eq u a n t i t yo f t h ed i f f e r e n tb i o d e g r a d a b l e o r g a n i c m a t e r i a l sh a si n c r e a s e d w ea l s of i n dt h eb o d s c o di sv e r yl o w ， t h ei n t e r m i t t e n to p e r a t i o nl e a dt ot h ef l u c t u a t i o no ft h ew a t e r q u a n t i t ya n dq u a l i t y s op r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e ri st h e d i f f i c u l t yo fi n d u s t r yw a s t e w a t e rt r e a t m e n t u n d e r s t a n d i n ga n d d e v e l o p i n ge f f e c t i v et e c h n o l o g yo fp r i n t i n ga n dd y e i n gi n d u s t r y w a s t e w a t e rt r e a t m e n tist h e i m p o r t a n t t a s ko fe n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o ni n d u s t r y i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h em a i np u r p o s eo fm yt a s ki sd i s c u s s i n g t h er e d u c t i o ne f f e c to fc o da n dt h er e d u c t i o ne f f e c to ft o n ei n t e x t il ea n d p r i n t i n g a n d d y e i n g w a s t e w a t e rt r e a t m e n t t h r o u g h c o a g u l a n t sb e i n ga p p l i e di nt h ew a s t e w a t e ro fc o t t o n p r i n t i n ga n d d y e i n gp r o d u c t s w ea l s os t u d yt h eb e s tq u a n t i t yo f c o a g u l a n t s r e a c t i n gt i m e ，t e m p e r a t u r ea n dp ha n ds oo ni np r a c t i c ea p p l i c a t i o n t h es t y l eo fd y e s t u f f ，t h ev a r i a t i o no fw a t e rq u a n t i t ya n do t h e r f a c t o r s a f f e c t i n ge x t e n to ft h ef l o c c u l a t i o nr e s u l t s h o u l db e s t u d i e d t h em e a n i n gi sg a i n i n gt h er e l a t i o n s h i po fe v a l u a t et h e m e r i ta n dd e f e c to fp a c ，p a f c ，i n o r g a n i c o r g a n i cc o a g u l a n tt h r o u g h c o m b i n gr e s u l t t h i sc a np r o v i d ed e f i n i t et h e o r yb a s ea n dp r a c t i c e 武汉理工大学硕士学位论文 e x p e r i e n c ei nt h er e a la p p l i c a t i o n o fp a f ci nt e x t i l ea n dp r i n t i n g a n dd y e i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n t t h ek e yp r o b l e mo ft h e s i s d e s i g n i st of i n dt h ek i n da n d c h a r a c t e ro fd y e s t u f f ，w h i c hh a st h eb i g g e s ti n f l u e n c et ow a s t e w a t e rt o n e t h es e c o n dist os t u d yt h ee f f e c to ft h er e d u c t i o no f c o d ，a n dt h ee f f e c to ft h er e d u c t i o no ft o n e t h et h i r di st oc o m p a r e i tw i t hc o m m o nf l o c c u l a n tt of i n dt h ed i f f e r e n c eo fi t st r e a t m e n t e f f i c i e n t ，u s i n gr a n g e t h ec o n t a i no ft h et h r e ea b o v e i st h e d i f f i c u l tt e c h n i q u e i ft h i sp r o b l e mi ss o l v e ds u c c e s s f u l l y ，t h i s w i l lp r o v i d et e x t i l ea n dp r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n t at r e a t m e n tm e t h o d ，w h i c hi sc h e a p ，b e t t e rt r e a t m e n te f f e c ta n d m a yb ea p p l i e di nv a s ta r e a s i ta l s oc a np r o v i d et h ep o s s i b i l i t y o f c o m p l e x f l o c c u l a n t s l a r g e s c a l e a p p l i e d i n i n d u s t r y p r o d u c t i o n t h i sd e s i g nh a st h es e r i o u ss p i r i t sa n d p e n e t r a t e st h ep r a c t i c e o u rt a s ki st of i n dt h ea d v a n t a g e so fp a f cc o m p a r i n gw i t ho t h e r f l o c c u l a n tt h r o u g hc o m p a r a t i v ee x p e r i m e n t t h e nw ec a nf i n dt h e b e s tr e a c t i n gt i m e ，p ha n db e s td o s a g ei nr e a la p p l i c a t i o n w ec a n d oe c o n o m i c a l ，t e c h n i c a le v a l u a t i o nt op a f c ，w h i c hi sa p p l l e di n p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r f a t h o m e r ，w em u s tp o s et h em o d i f l e d o p i n i o n t od e f e c ta n d p r o v i d e t h et h e a t r i c a la n d p r a c t i c a l r e f e r e n c et op a f ca p p l i e di np r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r k e y w o r d s ：f l o c c u l a n t s ，p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r ，t o n e ， c o d i 此页若属实请申请人及导师签名。 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：垄：!日期兰! 兰：竺 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学 校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名：九7 1 s导师签名研究生签名：望! 二旦导师签名 注：请将此声明装订在论文的目录前。 日期加o * ， 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 环境状况 1 绪论 水是人类生存的基本条件，也是国民经济的生命线。随着人口和 经济的增长，一方面人类对于水的需求量与水质的要求越来越高：另 一方面，水污染的范围越来越广，程度也越来越深。我国是一个水资 源匮乏的国家，总量不足、时空分布不均匀、污染较为严重。我国人 均水资源是世界水平的1 4 ，是美国的1 6 、巴西的1 1 9 、加拿大的 1 5 8 ，水资源短缺会长期存在。同时，水资源又严重受到污染。我国 每年污水的排放量达到6 0 0 亿吨，并且随着工业和社会的发展还在 不断增加。目前全国七大水系有一半的河段被有机污染物或重金属污 染，8 6 的城市河段水质污染超标，许多河流湖泊存在富营养化问题， 环境状况不容乐观，水中的污染物，尤其是有机污染物，在水体中存 在时间长、范围广、危害大。由于污染造成的事件时有报道：湖北武 汉东湖风景区由于湖区水质的严重污染造成鱼类的大量死亡；淮河太 湖流域由于周边小造纸化工厂的生产使水质急剧恶化；渤海、南海赤 潮持续不断。种种情况说明：环境问题已经成为我们面临的一个紧迫 的问题，整个社会的可持续发展，需要依靠技术进步，在综合平衡中 保持环境质量。 我国是纺织印染业第一大国，因此印染废水已成为当前最主要的 水体污染源之一。印染行业的废水治理主要集中在生产不同纤维产品 的印染企业中。我国印染企业主要采用以水为媒介的湿法加工工艺， 生产中使用大量的清洁水，排放出大量的含有一定色度及不同污染物 含量的有害废水。这种废水如不进行治理，则会对受纳水体产生较大 的有机性污染，并带有使人感官所不愉快的各种颜色，使水体的生态 武汉理工火学硕士学位论文 系统产生较大的破坏。因此，印染废水的治理受到了广泛重视。 1 2 棉及其混纺产品印染废水水质特征 1 2 1 纺织印染行业分类 根据产品使用的原料、产品的品种、产品的加工方式和产品的用 途不同，印染行业可有不同的行业划分方式。但从控制污染和治理污 染方面考虑，由于使用原料的不同，其产品加工方式和产生污染物的 性质和数量不同，其控制污染和治理污染的方法也就不同。因此，按 原料进行分类较为适宜，据此可分为棉( 混纺) 印染行业、毛纺染整 行业、丝绸印染行业和麻纺印染行业。 据统计，目前在棉、毛、丝、麻各类天然纤维中，以棉花为主加 工成的棉织物数量占天然织物总量的8 5 以上，是数量最大的一种产 品。2 0 0 0 年纺织工业纤维加工总量1 2 1 0 万吨，其中天然纤维用量4 7 0 力吨，而棉花纤维为4 1 0 万吨，占天然纤维总量的8 7 。预计到2 0 0 5 年纤维加工量将达到1 4 2 5 万吨，其中天然纤维用量约5 1 0 万吨，棉花 纤维占4 3 5 万吨。 1 2 。2 棉及其混纺产品印染废水水质来源及特性 棉及棉混纺产品，根据其织造方法不同，又可分为两大类，即机织 产品和针织产品。从污染物产生量分析，机织产品在纺纱和织造过程 中经纱需要上浆，而针织产品的纱线则不需要浆料，因此在印染前处 理时没有脱浆的过程，废水中也少了浆料的成分。棉及棉混纺产品染 色生产工艺，见图1 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 印染废水 图1 1 棉及混纺织物染色工艺 棉及棉混纺印染产品，其加工过程排放的废水中污染物主要来自 下述几方面： 天然纤维本身杂质： 织造过程中坯布上面的浆料； 染色过程中剩余的染料及相应的助剂。 棉天然纤维本身所含的蜡质、果胶、半纤维等物质经过退浆、煮 炼、丝光、漂白等工序( 这些工序又称为前处理) ，被逐步从纤维上清 洗除掉而被排放到废水中，这些物质基本上是天然有机物，棉混纺织 物中的化学纤维本身含杂质极少( 只含有少量抗静电剂等物质) 。织物 上所含的天然浆料和化学浆料，经过退浆工序，也绝大部分被去除而 残存到废水中。织物上浆是织造过程的需要，而在印花和染色之前， 为了使染料和色浆更好地与纤维相结合，又必须将上浆的浆料从织物 上清除掉。因此，退浆、煮炼废水中含有人工合成有机物及天然有机 物。 染料在织物染色过程中用量一般通过小型实验来确定。染料几乎 全是大分子量的多环芳香族结构的化合物，而且具有一定的耐破坏性。 由于各种染料的上染率不同、染料产品质量不同，以及为了防止织物 出现色差，染料剩余则是必然的。由于产品质量的要求较严格，染料 的投配量控制较严格。 棉及混纺织物主要使用染料和助剂如表1 一l ： 武汉理工大学硕士学位论文 表1 1 棉及混纺织物常用染料和助剂 活性染料还原染料直接染料硫化染料 染料可溶性还原染料不可溶性偶氮染料 涂料分散染料 烧碱柔软剂 氧化剂染色与增白剂 助剂 均染剂树脂整理剂 渗透剂 染色过程中投加的各种助剂，基本上为直链有机物，其主要为使 染料更均匀地渗透到织物中，并使染料与纤维更好地结合。染色过程 完成后，将全部排放到废水中，因此，染色废水中地污染物主要为不 同形态的人工合成有机物。 印花可视为局部染色，印花是将染料及相应助剂在粘合剂作用下， 印到织物上面，再经过汽蒸、固色，将浮色及浮浆洗掉后排入废水中， 这些浮色、浮浆主要是人工合成有机物。 织物经过印花或染色后，一般需进行整理，使产品更具有挺括、 光滑感。整理过程基本不用水，也无废水产生。 织物在经过退浆、煮炼、丝光、漂白之后，需要经过多次漂洗和 烘干，以去除每道工序中带出的各种相应污染物质，这些废水统称漂 炼废水，也称前处理废水。漂炼废水p h 值较高，色度较低，有机污染 物含量较高。而染色和印花过程产生的废水颜色较深，前处理过程产 生的废水与印花和染色过程产生的废水系统成为印染废水。 从上面分析看出，棉及棉混纺织物在染色和印花过程中排放的废 水( 包括前处理工序、染色或印花及后整理工序) 均为有机物废水， 废水主要成分为人工合成有机物及部分天然有机物，并含有一定量难 生物降解物质。 这类印染废水的特点就是：水量大，组分差异明显，有机物含量 极高。一般印染废水p h 值为6 1 0 ，c o d c 。为4 0 0 4 武汉理工大学硕士学位论文 1 0 0 0 m g l , b o d s l 0 0 4 0 0m g l ，s s l 0 0 - 2 0 0m l 色度为1 0 0 4 0 0 倍。其 中还含有残余的漂白剂，硫代硫酸钠等。但当印染工业及采用的纤维 种类和加工工艺变化后，废水水质将有较大变化。 1 3 棉及其混纺产品废水治理基本路线 1 9 7 0 年代中期，我国首先在一些大城市及东部沿海纺织工业较发 达地区开展印染废水治理的研究和工程实施。这一时期采用较多的治 理技术为生物治理技术中的活性污泥法，由于企业废水治理量一般规 模为2 0 0 0 5 0 0 0 t d ，而且又多采用表面加速曝气型式，为了提高其处 理效率，使运行更加稳定，在其后又陆续开发出了不同结构池型、不 同工艺形式的多种活性污泥法处理型式。由于当时棉纺织印染产品主 要以天然棉纤维为主，废水可生物降解性能较好，一般b o d s c o d = 0 3 o 3 5 ，经活性污泥法处理后可获得满意的效果，其c o d 去除率一 般为6 5 7 5 ，b o d 5 去除率为9 0 9 5 ，色度去除率为5 0 6 0 。 1 9 7 0 年代末至1 9 8 0 年代初，引进当时国外先进环保治理技术并结 合我国具体情况，进行试验研究，开发出生物膜法的生物接触氧化法、 塔式生物滤池等生物转盘法型式。其后，生物滤池氧化法获得较快的 发展和应用。随着这种方法的采用，软性填料、半软性填料也研制成 功并获得应用。生物接触氧化法实质上是生物膜法于活性污泥法的混 合型式。国外又称为浸没式生物滤池法。由于在池中放置一定数量的， 而且具有一定孔隙率和比表面积的填料，为微生物的生长提供了栖息 场所，具有明显的生物膜法特点。同时它又采用了活性污泥法的曝气 方式，并在池体中和填料间也具有一定数量的活性污泥，因此它又具 有活性污泥特点。由于它采用鼓风曝气型式，不受池体表面产生的泡 沫影响，不产生污泥膨胀，有机负荷高、占地少，自1 9 8 0 年代中后期 武汉理工大学硕士学位论文 这种型式很快得到推广，并且在棉印染行业逐步取代了表面加速曝气 型式。 但是，随着棉印染产品中化学纤维的数量的不断增加，使废水的 可生物降解性能逐渐变差，使原有的生物处理系统去除能力有所降低。 为了满足达标排放要求，随后又采用在生物化学处理方法之后再串接 到化学处理的方式，来满足达标排放的要求。化学处理中以化学投药 法为主，主要采用混凝沉淀和混凝气浮的型式。实践中采用最多的为 混凝沉淀池型式，这种方法运行管理较简单；混凝气浮池可以解决冬 季由于气温低，使得絮凝后矾花沉淀时间长，絮凝效果差带来的问题， 使得絮凝后较小的颗粒都可以得到去除，且占地面积较小，现在也被 越来越多的应用在印染废水处理工艺中。采用生化与物化联合治理工 艺，可以充分发挥生物处理法去除大部分有机污染物的能力，而其剩 余的有机污染物和色度则有化学处理法承担，这样可以减少药剂投加 量，使处理成本降低。实践证明，这是适合当前我国棉印染废水的经 济合理的治理方式。 1 9 8 0 年代末，由于棉混纺织物数量的增加，在棉机织产品印染废 水中，存在一定数量的化学浆料( 聚乙烯醇等) 和剩余染料等难生物 降解物质，因此单纯采用好氧生物处理工艺难以将其氧化分解，不能 满足达标排放要求。 为了解决达标排放问题，纺织工业在“七五”期间又开发出低能 耗的厌氧一好氧生物治理工艺。其中的厌氧法主要是利用厌氧过程的 产酸阶段，即水解酸化阶段，提高废水的可生物降解性能。为了加快 其处理过程，应投加一定量的经过培养的菌种，使难以降解的大分子 量有机污染物质变成较容易降解的小分子量有机污染物。这些水解酸 化菌对染料、浆料和表面活性剂都有较为明显的破坏和降解作用，为 后面的好氧生物处理提供较为有利条件，使废水治理系统得以正常运 行，从而减少后面化学处理单元负担。在此期间，为了提高生物处理 单元的去除率，也曾试验过投加优势菌种，提高去除率的问题。但是， 武汉理工大学硕士学位论文 由于棉印染废水量相对较大，长期运行后，优势菌种难以保证，所以 正常运行中很少采用投加优势菌种的办法。 1 4 絮凝剂发展现状 1 4 1 絮凝的基本理论 在工业废水中，常含有不同数量的悬浮体和溶胶，如造纸、制糖、 染料，和生活污水中大量的有机微粒。这些悬浮物、溶胶和有机污染 物，大小在10 - 3 1 0 9 m 范围内。这些物质不是以分子状态分散到介质 水中，所形成的体系有很大的界面属热力学不稳定体系，但这些颗粒 表面大多带有电荷，颗粒间由于同性电荷相斥而分散稳定，不互相聚 集，自动凝聚成大颗粒并从分散介质中沉淀出来的速度却很慢。对于 这类废水的处理，一般向水体投加絮凝剂，使水中的胶体体系在所投 加混凝剂的作用下，相互接触、碰撞脱稳凝集成一定粒径的聚集体脱 稳的聚集体由于进一步的碰撞、化学黏结、网捕卷扫、共同沉淀等作 用而聚集成絮状体( 矾花) ，最终借助重力的作用而沉淀最终达到固液 分离的目的。 自2 0 世纪5 0 年代以来，人们对于絮凝的机理进行了深入的研究， 主要包括根据经典胶体化学理论的g w o yc h a p m a n 双电层模型而建立 的d l v o 絮凝物理理论以及由s m o l u c h o w s k i 提出并且由c a m p 和 s t e i n 加以实用化的絮凝速度梯度理论。主要强调压缩颗粒双电层的扩 散层，降低或者消除势能峰垒的凝聚作用机理以及层流速度梯度决定 着颗粒间的碰撞和絮凝作用。2 0 世纪6 0 年代后，对絮凝作用的微观 物理化学作用机理进行了较深入的研究，相继提出了电中和吸附絮凝、 吸附架桥理论以及微涡旋混凝动力学理论，强调了絮凝过程中的化学 作用和水流紊流微涡旋对于絮凝颗粒碰撞结合的贡献。2 0 世纪8 0 年代 武汉理工大学硕士学位论文 以后随着界面电位体系和表面络合模式的发展。人们开始把表面络 合、表面沉淀概念和定量计算方法引入絮凝机理的研究之中，并提出 了一些定量计算模式，包括表面覆盖絮凝模式。 絮凝剂按组成的不同，可以分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和生物 絮凝剂。根据分子量的高低、官能团的特性和官能团离解后所带电荷 的性质，可以进一步的分为高分子、低分子、阳离子型、阴离子型和 非离子型的混凝剂。高分子絮凝剂以良好的絮凝效果、除浊脱色能力 强的和操作简便的特点，已成为现在水处理应用中的主流产品。 目前，对于絮凝处理的研究主要集中在几个方面：新型高效絮凝 剂的研制、絮凝剂的形态分布与转化规律、在水体中的形态分布特征、 热力学研究、絮凝剂的电荷特性、絮凝条件的确定等。 混凝过程的主要作用是将水中呈分散状态的微粒杂质聚集成较粗 的絮凝体，从而通过沉淀、过滤等过程从水中除去。絮凝作用是复杂 的物理化学过程，絮凝效果的好坏是多种作用综合的结果，受到多种因 素的影响： 温度的影响：混凝剂的水解多是放热反应。水温较低时，混凝 剂水解不完全。另外，水温低时，布朗运动减弱，粘度增加，使碰撞 次数减少。同时，剪切力大难以形成较大的絮凝体。 水体p h 值的影响：p h 值影响混凝剂铝盐、铁盐水解产物的 形态和性能。故对混凝效果有影响。铝盐、铁盐逐级水解时，都释放 出h + ，使原水的p h 值降低，偏离铝盐适宜的p h 值范围时，高电荷 低聚合度的产物偏多。虽然有利于压缩双电层胶粒脱稳，但絮凝效率 较差。因此，原水碱度足量时，投加铝盐混凝剂后不会引起p h 值的下 降，当原水碱度含量不足时，应同时兼投定量的碱剂。 絮凝剂性质与结构的影响：对于高分子絮凝剂，包括有机的和 无机的，其结构和性质对絮凝作用影响很大。无机高分子絮凝剂的聚 合度越大，则其电中和能力和吸附架桥功能越强，而对于有机絮凝剂 来说，除了聚合度( 即分子量要求大于2 0 万道尔顿) 以外，线性结构的 武汉理工大学硕士学位论文 絮凝剂，其絮凝作用大，而成环状成支链结构的有机高分子絮凝剂的 絮凝效果则较差。 絮凝剂投加量的影响：在给水与废水处理中，絮凝剂的用量是 影响絮凝过程的重要控制因素，大量实验研究图线表明，各种絮凝剂 都有在相应条件下的最佳投加量，低于或超过这个用量都会时絮凝效 果下降。用量不足时，絮凝作用不彻底；过量则会导致再稳现象。絮 凝剂的投加量，受水体中各种因素的影响。不同的水体有不同的值。 水力条件的影响：絮凝剂加入水体之后，靠本身的扩散和水力 混合作用，使之与水体中的颗粒充分接触，进而发生凝聚絮凝反应。 因而，选择合适的水力条件也非常重要。一般在实验室进行烧杯试验 的时候，为了增加颗粒碰撞速率，增加絮凝剂与颗粒的接触机会，往 往要进行机械搅拌，而搅拌的速度和时间必须选择得当。例如：高分 子絮凝剂以架桥吸附和极性基表面吸附作用为主，加药处需要强烈搅 拌，使之迅速、均匀分散于水中，但时问不能过长，否则会降低高分 子链的架桥吸附能力、絮凝效果下降。第二阶段要缓速搅拌，促进吸 附和架桥作用，促使絮体生长。 除上述影响因素之外，分离方法和工艺设计对絮凝作用和分离 效果都有很大的影响。不同的分离方法对所形成的絮团的大小和性质 的要求也不同。工艺设计的正确与否则是能否确保所形成的絮凝体完 全分离出去的关键。所以，分离方法和工艺设计都是絮凝处理的重要 环节。 因为印染废水的多样性，给絮凝剂的应用提供了广泛的空间。现 在在印染废水处理中最为常用的絮凝剂有：碱式氯化铝、硫酸铁( 亚 铁) 、聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺等以及大 量复合型絮凝剂。 1 4 2 印染行业絮凝剂应用现状及发展方向 通常，絮凝剂可分为四类：无机絮凝剂；合成高分子絮凝剂 武汉理工大学硕士学位论文 天然高分子絮凝剂复合型絮凝剂 无机絮凝剂中的无机盐类絮凝剂主要分为铝盐和铁盐，是最早应 用与水处理的絮凝剂，但由于铁盐的腐蚀性强，易造成设备的腐蚀， 而且处理后的水的色度较高，铝离子在水中的高残留量会导致二次污 染，进入人体后可诱发老年痴呆症、铝性骨病、铝性贫血等。因此， 现在无机盐类较少应用。近年，无机高分子絮凝剂的生产单位日渐增 多，规模亦有所扩大。在我国絮凝剂市场上，无机高分子絮凝剂占絮 凝剂总产量的8 0 。 合成有机高分子絮凝剂分为非离子型、阳离子型、阴离子型和两 性型四种，分子量在5 0 6 0 0 万之间。聚丙烯酰胺( p a m ) 是应用最多 的合成有机高分子絮凝剂，占合成高分子絮凝剂总量的8 0 左右，但 由于p a m 的单体的神经毒性和致癌、致畸、致突变的“三致”效应， 使其应用受到限制。而且它的合成条件苛刻，价格较高，储存期短， 有的不易溶，所以现阶段较少作为絮凝剂使用，而是作为助凝剂得到 广泛使用。 天然高分子絮凝剂为环保型絮凝剂，对环境无二次污染，其应用 范围广，絮凝效果好，但由于在优势菌种的培养、驯化及对天然高分 子改性方面存在许多困难，在目前仍未广泛使用。 复合型絮凝剂是近年开始研制的新型絮凝剂，同时具有有机和无 机絮凝剂的有点：适用范围广，对低浓度或高浓度水质、有色废水、 多种工业废水都有良好的净水效果，但目前还没有大规模的实现工业 生产和应用。 纵观絮凝剂的发展史，从低分子到高分子、由无机到有机及由单 一型到复合型是其发展走向。追求高效、廉价、环保是絮凝剂研制者 们的目标。开发低残留铝的无机絮凝剂是当前的一个重要发展方向。 降低生产成本是开发新型合成有机高分子絮凝剂的当务之急。复合型 絮凝剂以其高效廉价的优势将会迅速发展。天然高分子絮凝剂是环境 友好絮凝剂，具有高效、无毒、可消除二次污染、絮凝广泛等独特的 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 优点，必将成为今后研究发展的重点。另外，多功能复合型絮凝剂的 开发也具有广阔的前景。 在使用絮凝法时，为了生成粗大、结实、易于沉降的絮凝体，增 加矾花的骨架材料和改善矾花的结构，增加矾花的重量，有时在投加 絮凝剂的同时加一些辅助剂，既助凝剂。目前常用的主要有三种物质： 活化硅酸、聚丙烯酰胺和骨胶。在这三种高分子助凝剂中：活化硅酸 效果最佳，且无毒，在水处理中特别饮用水处理中有着广泛的应用前 景，但是由于易于成冻，现配现用限制了实际使用。聚丙烯酰胺( p a m ) 主要用于工业给水和工业废水处理中，效果显著。骨胶也有较好的效 果，作为天然高分子化合物的一种，采用近乎废弃的原料来生产，具 有成本较低、无毒、操作简便等特点。在给水处理特别饮用水处理上 有很好的应用前景，但由于各地生产骨胶的原料很杂，成分复杂，导 致它有时处理效果不稳定，因而骨胶作为挣水剂在水处理在水处理领 域应用还不广泛，有待进一步研究与开发。 1 5 研究内容与方法 1 5 1 选题的意义 环境污染越来越威胁到人们的身心健康，在人们战胜自然灾害的 同时也在不断面对因大规模发展工农业而给环境带来的危害。近年来， 世界各国都投入大量的人力物力财力致力于环境净化技术的研究和开 发。我国作为一个发展中的国家在研究环境处理技术方面许多还处在 起步阶段。根据我国的实际情况，积极研究有效的，去除环境中有害 物质的物理、化学以及生物的手段已经成为当前面临的首要课题。 在我国的环境污染方面，废气污染、废水污染、有毒有害废弃物 的污染等并称为“三废”构成了污染的主要组成部分。在治理废水方 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 面，一些有效的处理水中有害物质的方法已经建立起来，但是，由于 废水中的组成复杂，从物质的性质来分为有机物、无机物以及金属有 机物等。采用何种方法对于污染物进行处理，来自于对于废水组成与 各项污染技术的理解和应用，对于水处理的操作单元进行详细的研究， 并通过组合解决污染问题，在学术还是实际应用方面都有非常重要的 意义。印染废水，因其组成复杂、品种多、难降解等特点，成为工业 废水中处理的难点。根据实际情况，对于印染废水进行降解研究，不 仅对于一种染料的处理由实际意义。同时，将这种思路推广开去，也 同样可以促进其它难降解有机污染物的研究。 印染废水的降解过程是有机分子有大到小最终转化为对环境无害 物质的过程。就染料本身来说，其分子结构一般较为复杂，多数含有 芳环。并且，在印染的生产过程中，有很多其它物质被使用。因此， 染料生产与使用产生的废水不仅是染料残留物的溶液，更是有机、无 机物的混合物，它们降解的过程复杂多变。根据实际情况，对印染废 水的降解过程进行研究是有必要的。 印染废水的特点决定了脱色与降低c o d 值是该类废水处理的关 键。因为经济的原因，生物处理对于降低c o d 是经济可行的，但是印 染废水的b o d c o d 值一般较低。因此，在生物处理的同时结合物理 化学方法如：絮凝处理印染废水，是印染废水处理的一项重要工作。 本课题是针对棉及棉混纺印染废水的实际情况进行的。研究的内 容与方法和棉及棉混纺印染废水的处理紧密相关。在研究中，紧紧抓 住降低色度和有机物c o d 这个中心，以期通过综合研究对于高浓度， 难降解有机废水进行探索并得到处理高c o d 、高色度有机废水的一些 有益经验。 1 5 2 研究内容与方法 结合现有的实验手段和药品，根据黄冈麒麟纺织印染厂生产废水 进行絮凝实验，对几种絮凝荆的性能进行比较，找出使用范围广，处 武汉理工大学硕士学位论文 理效果好，投加量少，经济实用的絮凝剂。 研究的关键问题： ( 1 ) 研究混凝处理单元在废水中去除色度及c o d 的效果与影响因 素； ( 2 ) 筛选出对黄冈某纺织印染厂最为经济适用的絮凝剂： f 3 ) 比较几种絮凝剂的优劣性，适用范围，经济性； ( 4 ) 应用于印染废水处理絮凝剂的发展方向。 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 废水来源 2 实验部分 本次实验所使用的废水采集自黄冈市麒麟纺织印染厂。黄冈市麒麟 纺织印染厂位于黄冈市高新区西湖工业园，是黄冈市政府2 0 0 3 年招商 引资的第一个入园项目，该厂主要从事纯棉和棉混纺织物印花染色生 产，生产过程使用的化学染料有活性染料、士林染料、硫化染料、直 接染料、涂料，助剂类有烧碱、纯碱、硫化碱、漂水氯、双氧水、红 矾钠、剥色剂、柔软剂、工业盐等。其设计进水水质p h = 1 0 b 1 2 ，s s 耋5 0 0 m g 1 ，b o d 5 三5 0 0 m g 1 ，c o d c ，三1 8 0 0 m g 1 ，色度三8 0 0 倍。 2 2 废水处理工艺 2 2 1 工艺流程 n n 市麒麟纺织印染厂废z k 处n t n n 图2 1 ： 图2 1 黄冈市麒麟纺织印染厂废水处理工艺路线 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 2 工艺流程说明 各车间排出的废水经过收集通过格栅拦截大块杂物及纤维后，自 流入中和反应均值池，因车间排出的废水水质、水量、水温、p h 值差 异而导致的冲击负荷给后续处理造成影响，故采用p h 值自动在线监测 系统来控制p h 值及药剂的投加量。中和反应均值池出水进入厌氧水解 酸化池，进一步调节废水水量，均化废水水质，酸化池中装有填料， 填料上生长有厌氧微生物膜，在水解酸化反应过程中，首先大量微生 物将进水中呈现颗粒与胶体状的有机物迅速截留和吸附，这是一个快 速的物理过程，只需几秒到几十秒钟就进行完全，被截流下来的有机 物吸附在水解污泥表面，被缓慢分解，它在系统中的停留时间取决于 污泥停留时间，与水力停留时间无关，在水解产酸菌的作用下将不溶 性有机物水解成为可溶解性物质，同时在产酸菌的协同作用下将大分 子、难于生物降解的物质转变为易于降解的小分子物质，并重新释放 到溶液中，在较高的水力负荷下随水流出系统，由于水解和产酸菌世 代期较短，因此，这一过程也是迅速的。污水经过水解反应池可以提 高其可生化性能，降低污水的p h 值，减少污泥产量，为后续好氧生物 处理创造有利条件。因此，在用水解池代替初沉池或在好氧生物处理 构筑物前增设水解池，将提高整个系统对有机物和悬浮物的去除效果， 尤其对难降解的有机工业废水，包括纺织印染废水，其效果更显著。 中和反应均值池和厌氧水解酸化池底部均装有液下搅拌器，定期对池 水进行搅拌混合。 出水自流入生物接触气浮氧化池。生物接触氧化池内装有弹性填 料，填料表面生长着大量的好氧微生物膜，微生物膜是微生物高度集 中的物质，是由好氧菌、厌氧菌、真菌、原生动物等较高等生物所组 成的生态系。生物膜首先吸附水中的有机物，然后由生物膜外侧的好 氧菌将其分解，然后通过内外膜的多种物质传递，并通过微生物的代 谢作用，将溶于水中的有机物吸附氧化分解，以达到净化污水目的。 武汉理工大学硕士学位论文 随着微生物代谢作用的进行，老微生物膜从填料表面脱落下来，新膜 开始生长。为了保证废水有足够数量的细菌以达到预期的处理效果， 废水中的b o d 。浓度一般控制在1 0 0 - - 5 0 0 m g h 范围。此外，在整个好氧 分解过程中，必须源源不断地供给足够的氧气，以保证细菌氧化有机 物需要的能量。好氧微生物生长代谢所需的氧气由鼓风机提供。生物 接触氧化法兼顾生物膜法和活性污泥法的双重特点，不需设污泥回流， 也不存在污泥膨胀问题。 废水经过好氧生物处理后，其中一部分有机物被氧化分解成无机 物，另一部分被合成为细菌细胞。细菌颗粒较大，具有良好的凝聚性 能，可以絮凝成更大的絮状体，并借助沉淀法或气浮池从经处理后的 废水中去除。本工艺采用气浮法进行固液分离，在气浮池前投加适量 混凝剂，废水中悬浮物与混凝剂发生反应。 沉淀池上清液自流出水进入微孔陶瓷滤池，该单元是一项重要的 保障单元，主要去除水中的悬浮物和色度，以及进一步降解水中的 c o d 。b o d 。，以确保出水达标排放。 2 2 3 流程特点 ( 1 ) 生物接触氧化池是一种介于生物膜和活性污泥法两者之间的 生物处理方式，兼具备两者优点，且无需污泥回流，易于维护管理， 处理效率比常规的活性污泥法及生物膜法要提高1 0 左右。 ( 2 ) 该工艺适用范围广泛，对毛纺、混纺、化纤原料等产生的印 染废水均具有良好的处理效果。 ( 3 ) 该工艺流程不但具有较强的冲击去负荷能力和较高的达标保 证率，而且具有较强的运行灵活性。自控简单、操作方便、可实现自 动化全程监控，从而降低运行成本。 本次实验取黄冈麒麟纺织印染厂2 0 0 3 年1 2 月、2 0 0 4 年3 月及2 0 0 4 年5 月三次水样，测得数据如表2 1 ： 1 6 武汉理工火学硕士学位论文 表2 1 三次印染废水水样水质 序号时问温度( )色度c o dp h 值 ( m g l ) 12 0 0 3 1 25 1 04 0 06 5 01 2 22 0 0 4 0 31 5 1 82 0 04 5 07 32 0 0 4 0 52 1 2 33 0 05 4 07 采用几种较为常见，且已经实现工业化生产，价格较为经济的絮凝 剂，主要有： ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) 聚合氯化铝 硫酸亚铁 碱式氯化铝 聚合氯化铝铁 无机一有机复合型絮凝剂 聚丙烯酰胺 双氰胺一甲醛阳离子脱色剂 2 3 实验仪器与设备 表2 2 实验仪器一览表 序号仪器厂家 1 六联搅拌器 湖北省潜江市梅宇仪器有限公 司 2 电子天秤上海奥豪新国际贸易有限公司 3 p h s 3 c