（环境工程专业论文）复合膜生物反应器处理印染废水的试验研究.pdf

摘要 一 复合膜生物反应器处理印染废水的试验研究 摘要 本文的目的在探讨复合膜生物反应器处理印染废水的相关特性从保证污染物去除效 果的基本条件出发。考虑经济性的因素，寻找经济有效的运行参数和操作条件，为该工艺 在实际印染废水处理及回用方面的应用提供理论依据，从而实现废水资源化。 试验分别考察了h r t 为6 h ，8 h 。l o h 。1 2 h 时水解酸化段、水解预处理出永至膜室上清 液及膜对污染物去除效果及稳定性。为了考察该工艺的耐冲击负荷能力，考察了h r t 突降 为4 h 时各段对污染物去除效果及稳定性结果表明该工艺具有很强的耐冲击负荷能力，不 仅能保证出水水质，而且可降低反应嚣的体积尽管水解预处理出水至膜室上清液处理单 元的污染物去除率随h r t 的缩短而降低，但由于膜的截留作用，系统出水水质仍良好且稳 定，系统对c o d 的平均去除率在8 0 以上。在不同h r t 下该工艺对氨氨的平均去除率在 8 1 以上，证明了该工艺良好的硝化作用。本试验还考察了在不同水力停留时问下，硝态氪 和总氨的去除条件试验表明。好氧段能去除废水中约5 8 6 2 3 3 6 的硝态氮，全系统 对硝态氮的去除率为6 7 5 7 9 4 1 7 在不同的h r t 条件下。m b r 出水总氮的平均值在 3 5 2 8 2 5 m g l 之问，系统去除率在7 6 9 4 8 9 4 8 之间。由试验得出。最佳的水力停 留时间为8 1 2 h 试验还考察了曝气强度对c o d 和氨氮的去除率影响结果表明，c o d 和 氨氮去除率随曝气强度的增大而上升由试验得出，最佳曝气强度为o 8 1 2 m 3 h 。换算 为气水比为2 4 ：l 3 6 ：i 试验还考察了不同进水浓度对c o d 的去除影响，以及有机容积 负荷与膜生物反应器上清液c o d 的关系。试验对除磷特性的研究表明，在稳定运行的全历 程m b r 出水总磷的浓度始终保持在0 。4 m g l 以下，膜对进水中磷的平均去除率为9 2 6 6 ， 而膜对好氧反应器上清液内磷的截留作用平均为9 4 8 1 。结果表明膜对色度无明显截留 作用，而m b r 对浊度去除效果明显并且较短的水力停留时间对色度的去除是不利的。 本文对该工艺处理印染废水进行的经济分析表明工程总投资和运行成本较相同规模的 常规生物一物化法略高一些，由于工艺能减少大量的污泥处理和处置费用并且出水水质好、 可回用，由此可节省大量水费。膜的费用和更换是限制其推广的主要原因，随膜价格的下 降和膜材料的改进，m b r 工艺应用于中小规模工程具有很好的竞争力。 关键词：印染废水；复合膜生物反应器；水解酸化；经济分析 东南大学颂l 学位论文 s t u d yo np 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 tb yc o m p o u n d m e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) a b s t r a c t t h et a s ko ft h i sr e s e a r c hs n b j e c ti st of i n do u tt h em o s re c o n o m i c a la n de f f e c t i v eo p e a t i n g p a r a m e t e r s , g u a r a n t e e i n g ng o o dp o l l n a n t r e m o v a l ，s l o e i n g d o w nt h em e m b r a n c ef o u l i n g v e l o c i t y , a n dc o n s i d e r i n gt h ee c o n o m i cf a c t o rt h r o u g ht h et r e a t m e n te x p e r i m e n tf u rp r i n t i n ga n d d y e i n gw a s t e w a t e rb yt h et e c h n i co fh y d r o l i z a t i o na n da c i d i f i c a t i o np r e t r e a t m e n t - c o m p o u n d m e m b r a n eb i o r e a c t o r 1 f t h i st e c h n i cc a nb ea p p l i e di n t ot h ep r a c t i c ei fd y e i n gw a s t e w a t e r t r e a t m e n ta n dr e u s e ，t h er e s e a r c hr e s u l t sw i l lo f f e rt h et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o n ，t h u st h ew a s t e w a t e r c a l lb et u r n e di n t or e s o o r e e n 峙c o n t a m i n a t i o nr e m o v a le f f e c ta n dt h es y s t e ms t a b l i t yu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o no f h y d r a u l i cr e t a i nt i m e ( h r t ) o fa e r a t i o np a r ta n da n o x i cp a r tw e r es t u d i e di n t h i sp a p e r i t s h o w e dt h a tt h i st e c h n i ch a ss t r o n ga b i l i t yo fs h o c kl o a d i n gr e s i s t a n c ea n dc o u l dn o to n l y g u a r a n t e et h eg o o de f f l u e n tq u a l i t yb u ta l s or e d u c et h ev o l u m eo ft h er e a c t o r t h r o u g ht h e c o n t a m i n a t i o nr e m o v a lr a t eo ft h e b i o l o g i c a lt r e a t m e n tu n i t d e c r e a s e da l o n gw i t hh r t r e d u c i n g ，b u tb e c a u s eo ft h eh o l d i n gb a c kf u n c t i o no ft h em e m b r a n e ，t h ew a t e rq u a i l t yo ft h e s y s t e mw a sg o o da n ds t a b l e ，a n dt h er e m o v a lr a t eo f s y s t e mc o d w e r ea l la b o v e8 0 u n d e r t h e d i f f e r e n tt e r mo fh r t ，t h er e m o v a lr a t eo fn h 3 - nw a sh i g hb yt h i st e c h n i c t h es y s t e m r e n l o v a lr a t eo f n h 3 - nw e r ea l la b o v e8 1 i tp r o o f e dt h a tt h ef u n c t i o no fn i t r i cw a se x c e l l e n t t h ee x p e r i m e n ta l s oi n v e s t i g a t e dt h er e m o v a lo fn 0 3 - nu n d e rt h ed i f f e r e n th r t i ti n d i c a t e d t h a tt h ea a o x i cp a r tc o u l dr e m o v e4 0 7 5 5 7 7 1 o fn 0 3 n ，t h ea e r a t i o np a r tc o u l dr e m o v e 5 8 6 2 3 3 6 o fn o r na n dt h es y s t e mr e m o v a lo fn 0 3 - nw a s6 7 5 7 9 4 1 7 i n a d d i t i o n ，t h em e a nc o n c e n t r a t i o no ft ni nt h em e m b r a n ee f f l u e n tw a sb e t w e e n3 5 2m g l d 8 2 5m g l ，t h es y s t e mr e m o v a lr a t ew a sb e t w e e n7 6 9 4 a n d8 9 4 8 m o r e o v e r t h ee f f e c to f a e r a t i o ni n t e n s i t yo nc o da n dn h 3 - nr e m o v a lw e r ei n v e s t i g a t e d i ts h o w e dt h a tt h er e m o v a l r a t ew o u l di n c r e a s ea st h ea e r a t i o ni n t e n s i t yr o s e i nt h e6 0 d a y so ft h es t a b er u nc o n d i t i o n ，t h e m e a nc o n s i s t e n c yo ft pi nt h em e m b r a n ee f f l u e n tw a sb e l o wo 4 m g la l lt h et i m e t h er e m o v a l r a t eo f t h em e m b r a n et ot h et pi nt h ei n g o i n gw a s t e w a t e rw a s9 2 6 6 s i m u l t a n e o u st h er e m o v a l r a t eo f t h em e m b r a n et ot h et pi nt h el i q u i dt h a th a sb e e np e r c o l a t e do ft h em b rw a s9 4 g i o t h e r w i s e , t h em e m b r a n ec o u l dn o te v i d e n t l yh o l d b a c kc h r o m ab u tt h en e p h e l o m e t r i ca n a l y s i s o ft h em e m b r a n ee f f l u e n tw a se x c e e d i n g l yl o w e rt h a nt h en e p h e l o m e t r i ca n a l y s i so fh el i q u i d t h a th a sb e e np e r c o l a t e do ft h em b r s oh r tr e d u c i n go fa n o x i cp a r tw o u l dh a v ee f f e c to n c h r o m ar e m o v a lt oac e r t a i ne x t e n t t h ee c o n o m i ca n a l y s i so fd y e i n gw a s t e w a t e rt y e a t m e n tb yt h i st e c h n i ci n d i c a t e dt h a tt h e p r o j e c tg r o s si n v e s t m e n ta n dr u n n i n gc o s tw e r el o w e rt h a nt h o s eo ft h en o r m a lb i o l o g i c a l ， p h y s i c a la n dc h e m i c a lt r e a t m e n tm e t h o d ，a n dt h i st e c h n i cc o u l dn o to n l yr e d u c et h ee x p e n s eo f s l u d g et r e a t m e n ta n dd i s p o s i t i o n ，b u ta l s os a v eal a r g ea m o u n to fw a t e rc o s t m e m b r a n ee x p e n s e 摘要 a n dc h a n g i n gc o s tw e r et h em o s tr e a s o n st h a tt h em e m b r a n e t e c h n o l o g yc a nn o t b eu s e dw i d e l y w i t ht h ed e c l i n eo ft h em e m b r a n ep r i c ea n dt h ei m p r o v e m e n to ft h em e m b r a n em a t e r i a l ，t h e s m a l l s c a l em b rt e c h n i cw o u l dh a v ev e r yg r e a tc o m p e t i t i v e n e s s k e yw o r d s ：p r i n t i n g a n d d y e i n gw a s t e w a t e r ；c o m p o u n dm b r ；h y d r o l i z a t i o na n d a c i d i f i c a t i o n ；e c o n o m ya n a l y s i s i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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。尽我 所知。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果。也不包含为获得东南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： 东南大学学位论文使用授权声晴 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和 电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理 研究生签名：垂l 瑚塑导师签名：兰丝垒鲤 弋蛆e 妻沁 日瓤；砷，三。刁 点 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题来源 水是人类赖以生存的特殊资源。没有水就没有生命，当然更谈不上文明和发展随人 口的增加、城市化进程的加快和社会经济的快速发展，全球范围内持续加剧的水资源短缺 和水环境污染问题已经成为2 1 世纪人类所面临的最紧迫的环境问题。我国的缺水形势尤其 严峻。根据2 0 0 2 年中国环境状况公报，七大江河水系均受到不同程度的污染。仅不足 三分之一的监测断面满足类水质要求因此，污水处理对国家和城市的发展是一个关乎 民生社稷的大工程。纺织工业是我国传统的支柱产业之一，已有一个多世纪的发展历史， 是我国民族工业中历史最悠久的产业之一我国可称得上是纺织印染的第一大国，而纺织 印染行业又是工业废水捧放的大户，约占整个工业废水捧放量的3 5 印染工业每年需消 耗近亿吨的工艺用软化永，是化学工业中环境污染极为严重的产业之一据不完全统计， 我国印染废水捧放量约为每天3 1 0 4 x 1 0 6 立方米，印染厂每加工l o o m 织物会产生3 5 吨废水“1 由于印染产品多种多样。特别是近年来化学纤维的快速发展，使印染废水水 质经常处于变化之中印染废水造成的生态破坏及经济损失是难以估量的，为了响应党中 央倡导的。可持续发展”战略。实现印染行业的可持续发展，必须首先解决印染行业的污 染问题立足于这一点，本课题就复合膜生物反应器处理印染废水作了试验研究。 本课题“复合膜生物反应器处理印染废水试验研究”来源于江苏省环境工程重点实验 室开放基金。 1 2 印染废水的水质特点 印染企业生产的产品多种多样，除了织造方法不同外，纤维成分也发生了较大的变化， 特别是近年来化学纤维的快速发展，各类天然纤维与化学纤维混纺产品不断增加，即使同 一企业其产品成分变化也较大，因而其生产过程中排放的废水水质也经常处于变化之中 一般而言，天然纤维产品印染过程中排放的废水水质可生物降解性较好，天然纤维与化学 纤维混纺产品捧放的废水水质可生物降解性稍差，而纯化学纤维产品捧放的废水水质可生 物降解性则较差这主要是生产加工过程中使用的浆料和染料以及对纤维的不同前处理工 艺所致总的说来，印染废水具有以下特点： ( 1 ) 色度大、有机物含量高 印染废水总体上属于有机性废水，其中所含的颜色及污染物主要由天然有机物( 天然 纤维所含的蜡质，胶质、半纤维，油脂等) 及人工合成有机物( 染料，助剂、浆料等) 所 构成由于在印染加工中大量使用了各种染化料，这些染化料不可能全部转移到织物上， 在水中有部分残留，使废水的颜色深。不同纤维织物在印花和染色过程中使用的染料不同， 染料的上染率不同，染料的残留形态也不同，致使捧放废水的颜色也不相同近年来，随 大量新型助剂、浆料的使用，有机污染物的可生化性降低，处理难度加大 ( 2 ) 水质变化大 印染废水是印染企业生产过程中捧放的各种废水混合后的总称有些企业捧放的全部 为生产废水( 包括生产废水和辅助生产废水) ，而有些企业排放的废水中则含有部分生活污 水，致使其废水水质处于经常变化之中因此，印染废水捧放与企业生产的织物品种、数 l 东南大学颅上学位论文 量及所选用的染化科等多种因素有关，水质变化大在所捧放的废水中。化学需氧鼍( c o d ) 高时可达2 0 0 0 3 0 0 0 m g l ，且生化需氧量( b o d ) 与化学需氧量( c o d ) 之比小于0 2 。可 生化姓差。 ( 3 ) o h 值变化大 由于不同纤维织物在印染加工中所使用的工艺不同，在染色或印花中为使染色溶液和 印花色浆更好地上染到不同织物上，需要在不同p h 值条件下进行染色，因此，不同纤维织 物在印染加工中所挥放废水的p h 值是不同的一般来说，由于棉及其混纺织物印染加工中 很多工艺都需要加入碱，造成废水的p h 值较高。 ( 4 ) 水温水量变化大 由于加工品种、产量的变化。导致水温水量的不稳定 正是由于印染企业生产品种的多样性及生产工艺的多样性使废水具有上述特点因 而印染废水的处理具有一定的难度，需采用物理、化学、生物等多种方法组合进行印染 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 为撵介的湿法加工工艺，生产中使用较大量的清洁水，捧放出较大量的含有一定色度及不 同污染物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污染，使 生态系统产生较大的破坏，印染废水的治理势在必行。 1 3 膜生物反应器处理印染废水的研究现状 1 3 1 传统印染废水处理方法的局限性 传统废水处理方法，如混凝、生物处理等，往往成本较高，效果却不甚理想，尤其对于 水溶性染料废水，用传统的废水处理方法往往很难解决问题。目前，国内的印染废水处理 以生化为主，国井也基本如此，占8 0 以上，尤以好氧生物处理法占绝大多数。但是。生 物处理法对色度的去除率不高，一般在5 0 左右“1 单纯的好氧生物处理难度越来越大。 出水难以达标此外，好氧法的高运行费用及剩余污泥处理或处置问题历来是废水处理领 域没有解决好的一大难题。由于上述原因，探求高效、低耗、投资省的印染废水处理新技 术已日显重要 1 3 2m b r 的特点 膜生物反应器在印染废水处理中是一个比较新的技术应用，用此法处理印染废水具有许 多经济上的优势；可回收有价值的染料、助剂；循环利用水，减少新鲜水的消耗量和废水 处理成本；可实现最小化投资；对于较小的处理量，可使单位处理成本最低而且多数膜 分离过程在常温下操作，无相变化。具有节能的特点，同时过程简单，易操作和控制，不 污染环境。由于膜法处理的印染废水可达到回用的工艺用水标准，因此在纺织印染行业得 到了广泛应用 1 3 2 1k b r 的优缺点 膜生物反应器以膜组件( u f 或m f ) 替代二沉池提高泥水分离率，在此基础上，通过增 大曝气池中的活性污泥浓度来提高生化反应速率，同时通过降低f m 来减少剩余污泥发生 量( 甚至为零) 解决了传统活性污泥法的弊端。具有很大的优点，主要是”： ( 1 )对污染物去除效率高，出水水质稳定，出水中几乎没有悬浮物，无需消毒； ( 2 )实现了反应器水力停留时间( h r t ) 与污泥龄( s r t ) 的彻底分离，设计、操作大大 2 第一章绪论 简化： ( 3 ) 膜的机械截留作用避免了微生物的流失，可保持高的污泥浓度，有效地提高了容积负 荷。降低了污泥负荷，减少了占地面积； ( 4 ) 膜的截留可延长增殖速度慢的微生物如硝化菌在反应器中的停留时间，有利于提高硝 化速率。同时还可延长一些处理难降解有机物的微生物在系统中的停留时问。有利于 提高难降解有机物的降解效率 ( 5 ) 煮余污泥量少。可大大消减污泥处置费用。事实上由于污泥龄很长。生物反应器起到 了污泥好氧消化池的作用，从而显著减少了污泥产量。 ( 6 ) 膜生物反应器工艺可容易地控制污泥龄，以适应硝化细菌的生长需要，提高硝化能力； ( 7 ) 膜生物反应嚣工艺结构紧凑，易于一体化自动控制，运行管理方便 但是，膜生物反应器也存在一些不足，主要表现在： ( 1 ) 膜造价较高，使膜生物反应器的基建投资较高； ( 2 ) 容易出现膜污染，给操作管理带来不便，使运行费用提高 i 3 2 2 膜污染的概念 废水中粒子、胶体，微生物、大分子，盐等在膜表面或膜孔壁上形成不可逆转的沉积， 从而导致通量的连续下降即称为膜污染( 4 1 尽管膜生物技术可行性早已为人们所认识，但是其最大的不足之处在于膜污染问题膜 污染大大影响了膜系统的稳定运行。造成膜通量下降，增加了能耗，使处理工艺的费用较 高，一定程度上限制了它的推广 膜污染是由于膜表面形成了附着层使膜孔通道发生堵塞而引起的。因膜表面形成附着层 面引起的膜污染被称之为浓差极化液体膜分离过程中，髓透过膜的溶剂( 水) 到达膜表 面的溶质由于受到膜的截留而积累，使膜表面溶质浓度逐步高于料液主体溶质浓度由 于膜表面溶质浓度与料液主体溶质浓度之差产生了从膜表面向料液主体的溶质扩散传递 当溶质的这种扩散传递通量与随透过膜的溶剂( 水) 到达膜表面的溶质主体流动通量完全 相等时，上述过程达到不随时闻而变化的定常状态。当溶质是永溶性的大分子时，由于扩 散系数很小，造成从膜表面向料液主体的扩散通量很小因此。膜表面的溶质浓度显著增 高形成不可流动的凝胶层。当溶质为难溶性物质时。膜表面的溶质浓度迅速增高并超过 其溶解度，从而在膜表面上产生结垢层此外。膜表面的附着层可能是水溶液高分子的吸 附层和科液中悬浮物在膜表面上堆积起来的滤饼层。 造成膜污染的另一个重要原因是膜孔堵塞悬浮物或水溶性大分子在膜孔中受到空问 位阻，水溶性大分子在膜孔中的表面吸附及难溶性物质在膜孔中的析出，都可能产生膜孔 堵塞 1 3 2 3 膜污染物质分类 在膜生物反应器中，膜表面会因接触胶体、有机物、微生物等而产生吸附和沉淀等物理 现象，可细分为五类t ，l ： ( 1 ) 固体污染物纯粹是由反应器混合液中的无机大颗粒，如悬浮固体物质、细沙、泥沙 等造成的 ( 2 ) 有机污染物有机污染物是指可溶性的有机物包括油脂、脂肪、界面活性削、蛋白 3 东南大学硕l 学位论文 质及腐殖酸等，在膜表面沉积所引起的污染般多发生在r o 系统中 ( 3 ) 胶体污染物在m b r 系统中存在有粒径为0 3 o 5 微米的小颗粒时。它会沉积在膜 表面形成胶体胶体表面都有临界电位，受到浓缩时就会趋于稳定，并持续沉积于膜表面， 进而形成泥饼层 ( 4 ) 生物污染物膜生物反应器中的微生物在过滤时，会随水逐渐吸附于膜表面，而且一 旦在表面开始成长就会慢慢成为粘状的生物膜，导致过滤压力升高和通量下降在好氧m b r 系统中。主要的污染物是由生物细胞分泌出的物质，可在不破坏菌体细胞的条件下与微生 物相分离，且离开该物质时菌体仍可存活。根据其存在状态不同可进一步分为胞外多聚物 ( e c p ) 和溶解性徽生物产物( s m p ) 胞外多聚物以凝胶态存在于活性污泥絮体中的微生物 细胞周围；溶解性微生物产物以溶解态存在于生物反应器的上清液中胞外多聚物是由微 生物( 主要是细菌) 新陈代谢、水解、分泌所产生的或由废水本身组成，所产生的位于细 胞体外的高分子聚合物，主要由多糖类、蛋白质、核酸、脂质组成。经实验发现降低4 0 的e c p 含量即可减少4 0 5 因泥饼层所造成的阻力1 6 l 。在反应槽中存在有e c p 时，混合液 粘度就会增加，使中空纤维膜过滤时阻力增加，造成通鼍的减少l ”。m b r 系统中，在曝气 的剪切力作用下，微生物的絮体结构容易受到破坏。形成较小的絮体，并使e c p 自生物体 内释放至混合液中，使膜阻力升高i l i ( 5 ) 无机盐类污染物在纳滤和反渗透系统中，因为能截留无机盐类，而在膜表面形成的 污染 i 3 2 4 膜污染影响因素 影响膜污染的因素很多，主要有膜性质，料液特性，操作条件如流速、压力压力降， 浓水捧放量、回收比和温度等，这几个方面相互影响和制约 ( 1 ) 膜的性质 膜的性质包括制造膜的材料和其亲水性、孔径的尺寸大小和分布、膜组件的结构和形式 等累积在膜孔中的磷酸铵镁对于膜的无机污染起重要作用；而膜的有机污染是中空纤维 膜表面有生物滤饼构造与磷酸铵镁形成所导致 ( 2 ) 混合液的性质 混合液的性质包括污染物的性质与浓度、污泥浓度、污泥结构和尺寸、胞外聚合物等。 中空纤维膜的膜污染阻力会随m l s s 浓度的增加而变大；好氧m b r 的m l s s 浓度一般在3 0 0 0 3 1 0 0 0 m g l 之阃；当m l s s 浓度超过4 0 0 0 m g l 时，通量会急剧降低：当m l s s 浓度超过 3 0 0 0 0 m g l 时。不可逆污染的产生和m l s s 已无直接关系，而系统中的粘度与溶质之影响则 变得显著；在厌氧m b r 中，溶质的大量增加所造成的通量减少，比m l s s 浓度增加之影响还 大i ” ( 3 ) 操作条件 操作条件包括水力停留时间( h r t ) 、污泥停留时间( s r t ) 、膜表面错流速度、透膜压力 等在厌氧m b r 系统中含有较细小的胶体物质和无机物质的沉淀。在浸没式m b r 系统中， 曝气的作用除了提供氧气给微生物外，并可促进膜组件扰动，从而减缓污染。在较短h i l l 下，生物可获得比较多的营养盐，增加生物的成长力，导致m l s s 浓度的升高。 各污染影响因子之间，大多有相互影响之关系存在。孔径尺寸和透膜压力相关。当孔径 4 第一章绪论 较丈时。则透膜压力较小当抽吸力大幅度增加时( 透膜压力增加) ，反应器的粘度会随之 增加，造成m b r 的操作失败。粘度增加的原因，是污泥絮体受到过量的剪切力影响，造成 胞外聚合物e c p 释放由此发现，当操作条件改变后，混合液的性质受剑影响，因此，在 m b r 操作时，参数的变换需傲多方考虑。 l - 3 2 5 膜污染的控制方法 如何控制膜污染及浓差极化，增加膜的使用寿命，对膜处理来说是非常重要的。在作者 的试验中，该试验是采用中空纤维膜的膜生物技术处理印染废永针对不同的影响因素带 来的膜污染，主要考虑采取以下三种措施加以解决这个难题： ( 1 ) 进料液的预处理：使用中空纤维膜时，毛发等纤维状杂质会缠绕在中空纤维上，悬浮 物用5 2 5 微米的过滤筒充分去除l ”l ：对会侵蚀膜的微生物如细菌、藻类。可加入氯这样 既廉价又有效i l “如印度马德拉斯布市污水处理厂的工艺流程中用s m b s 亚硫酸氢钠l 脱 氯l l l i 根据条件也可用h 2 0 2 、o ，和k m n 0 4 等0 1 2 l ：易被氧化腐蚀的膜可加入非氧化杀菌剂 异噻睦啉酮；若进料液中存在可溶性有机物时不仅使膜性能恶化，在浓缩时甚至会使膜发 生溶解，加入氯或次氯酸钠进行氧化或用活性炭吸附就可去除李春杰用一体式m b r 对 投加p a c 和不投加p a c 对膜性能的影响进行的研究表明投加p a c 后，膜通最衰减下降1 1 3 1 ( 2 ) 可改善操作条件：改善膜表面流体动力学条件，可增加横向流射和使用湍流促进嚣； 改善膜组件构形设计 ( 3 ) 可在试验中选择合适的膜材科。为减少膜污染可从以下几个方面来选择：选择亲水性 膜有助于减少污染；但对疏水性膜材料进行化学修饰或将疏水性膜材料与亲水性膜材辩进 行共混；另外，使用带电膜也可达到减少膜污染的目的。 l 3 2 6 膜生物反应墨处理印染废水技术存在的问题 膜生物反应器未来亟需解决的研究重点主要为： ( 1 ) 膜污染的机理及防治； ( 2 ) 膜生物反应器工艺流程形式及运行条件的优化； ( 3 ) 研究m b r 的污泥产率与运行条件的关系，以合理减少污泥产量，降低污泥处理费用： ( 4 ) m b r 经济性研究。m b r 用于污水处理的最大经济量的确定是一个亟待解决的问愿； ( 5 ) 建立一套合理的膜生物反应器工艺的设计方法和标准也是急需解决的问题之一 1 3 3 m b r 处理印染废水中的研究现状 印染废水水量大，水质变化明显，色度高( 主要为有色染料) ，有机物浓度高，组分 复杂，吉有大量的无机盐、硫化物等，属于难处理的工业废水。染料分子由于其人工合成 的复杂的芳香烃分子结构而更加难以去除，这些结构在设计制造时便是为了在水环境或光 照和有氧化荆条件下稳定存在染料废水中含有多种具有生物毒性或三致性能的有机物， 常规处理方法难以处理，尤其是废水中残留的染辩组分。即使浓度很低，捧入水体也会造 成水体透光率降低。导致水体生态系统的破坏。 用膜分离法处理染料废水，不仅可避免絮凝沉淀法造成的大量药品消耗和二次污染， 而且可处理生化法不能处理的高浓度废水膜分离方法用于染料产品的精制和加工也可明 显提高染料的质量和应用性能，大大简化工艺流程近年来，国内外均开展了这方面的研 究工作且取得了很大的成就。 5 奎堕盔兰堡生兰竺丝兰 ( 1 ) 国外膜生物反应器处理印染废水的研究现状 7 0 年代初，美国的j j p o r t e r 等人开始将膜分离技术用于印染废水处理，选择醋酸 纤维素膜，z r o p 从动态膜，聚酰胺中空纤维膜，用反渗透法处理高温印染废水，证明该 方法在回收染科及化学药品及染料废水脱色和控制毒物捧放等方面的可行性及经济性”“ 德国学者曾进行过膜处理纺织染色废水的可行性分析( 1 9 9 3 ) 。认为纳滤或超滤膜可分 离小分子物质( 分子量小于3 0 0 0 ) ，以此类膜安装成的膜单元最适宜于处理纺织工业废水 当废液及冲洗水被浓集在这类膜中时，盐分被冲洗到清澈的渗透排放液中。而所有的有色 残留液浓集成少量体积由此分离出的染料负载再用其它方法来处置” m a h e w sj 8 ni w a kk “”等用聚砜类条束式超滤膜处理染料废水，膜的体积通量为 2 4 一( - 2 d ) ，压力降为0 1 5 m p a ，对分子量大于0 0 0 的有机染料截留率达9 0 9 8 ，并且 发现，条柬式p v c 膜和聚丙烯腈膜与聚砜一样，对染料有较好的截留率 在实际工程中，膜生物反应器处理印染废水也有一定的研究进展美国杜邦公司i i7 j 用 中空纤维型反渗透装置处理9 种染料废水，溶解固体去除率达8 0 9 5 ，染料平均回收率 为7 5 8 5 这几种膜技术都有其最佳使用条件与限制，若将这几个膜分离技术组合起 来用，让它们各自用在最合适的条件下，打破自身限制，那么就可找到一个最佳流程以 发挥其最大效率，获得最佳效益美国萨拉族背风纺织厂主要使用活性染料进行羊毛染色 1 1 ”，其印染废水活性染料的浓度很高，大部分工业废水色度为5 0 0 0 - 7 0 0 0 ( 稀释倍数法以 倍计) 颜色很深废水同时包含了大部分的氯化钠。该公司选择超滤和纳滤技术去除色度和 其他悬浮固体并将氯化钠和净水在染色工艺中再用，废水处理能力为7 5 3 5 0 t d - 通过 溶质回收，每年节省约3 5 万美元，其中，包括盐水回收的2 4 5 万美元，a 和废水回用的l o 万美元，a 。美国新泽西州c i b a 公- 7 染料化工厂【”l ，捧放废水量约1 3 0 0 m 3 d ，其中印染废水 1 8 0 - 2 8 0 k g 该公- 7 将染料水分成不溶性和水溶性，分别采用不同处理工艺。对水不溶性 染料废水，采用u f r o 组合工艺处理。对水溶性废水只需r o 或n f 处理采用上述流程 处理后，每天可回收染料2 3 0 k g 左右。废水捧放量降至每天2 5 m 3 ，5 0 * 一- 7 5 的水实现回 用，废水处理费用大幅度降低 ( 2 ) 国内膜生物反应器处理印染废水的研究现状 在国内，上海第一印染厂在7 0 年代中期用醋酸纤维素管式超滤膜处理工厂废水，并回 收还原染料和分敌染料，使生产过程得到如下改进：( 1 ) 在还原染料的悬浮液或分散染料 的染色捧放液中不再加絮凝剂，只需加少量h ：s 0 , 将p h 调至6 ，而以前的技术须调p h 值至 l 2 ；( 2 ) 因为废液处于弱酸性，避免了以往技术中大量s 0 2 释放，不再需要防酸设备；( 3 ) 膜几乎可截留废水中所有染料，并重新使用，这是以前技术难以傲到的；( 4 ) 因不需要沉 淀，免除了巨大的沉淀设备” 吴开芬。“等人利用中空纤维超滤法处理含靛蓝废水，脱色率可达9 9 以上，可使含染 料的浓缩液直接回用，透过液可作为中性水利用。郭明远等“自制了醋酸纤维素纳滤膜， 研究了纳滤膜对活性染料x - 3 b 水溶液的分离特性，结果表明，c a 纳滤膜可用于活性染料 印染废水的处理和染料回收。国内还有人采用壳聚糖超滤膜处理印染废水”，取得了较好 的处理效果。c o d 去除率可达8 0 左右，脱色率超过9 5 为了提高壳聚糖超滤膜的分离脱 色效果，喻胜飞“”等人制备了用活性炭填充共混的改性壳聚塘超滤膜，经适当交联后用于 第一章绪论 酸性大红b 染料废水的分离脱色，所制得的壳聚糖活性炭共混超滤膜具有良好的分离、脱 色效果和良好的渗透性，最丈脱色截留率达9 8 隅c h e ng u o h u a 等”采用a t f 5 0 型纳滤 膜对香港的印染废水进行处理，其中的两股废水性质分别为p h 为l o 2 、c o d 为 1 4 2 0 0 m g l ，p h 为5 5 、c o d 为5 4 3 0 m g l ，经纳滤后，两者的c o d 截留率分别为9 5 和8 0 8 5 出水达到了香港的捧放标准 上述研究采用的都是高分子膜，无机膜在印染废水的处理中也有一定的应用张艳等 人“1 采用氢氧化镁吸附与无机陶瓷微滤膜相结合的方法对印染废水进行了脱色处理，脱色 率可达9 8 以上，并对膜污染和清洗进行了研究考察了不同清洗剂的清洗效果，研究了清 洗时问、清洗流速、清洗压力、清洗温度等对清洗效果的影响，取得了较好的效果。赵宣江 等人”也采用氢氧化镁吸附与陶瓷膜微滤相结合进行活性染料废水脱色处理，考察了吸附 预处理微滤技术对含活性染料废水脱色处理是完全可行的，具有脱色率高，操作简单的优点， 在合适条件下。脱色率可达9 8 以上，1 0 m 膜的通量在1 5 0 l m 2 h 左右s o m a “”等采用氧 化铝微滤膜，发现其对不溶性染料废水膜的截留率高达9 8 ，而对于各种可溶性离子染料，加 入表面活性剂进行预处理，可有效提高膜的截留率，脱色率可达9 6 - 9 8 显然，合适的预处 理是决定膜脱色率的关键另外。王振余，郭树才1 对多孔炭膜处理染料水溶液进行了研究， 采用的炭膜孔径为0 。l lpm ，考察了甲基紫、蒽醌兰、直接大红，直接翠兰等各种染料的脱 色效果研究发现，多孔炭膜对这几种染料的截留率为9 5 - 9 9 还有人1 以海南棒壳为 原料。制成植物基炭膜，研究了所翻炭膜处理印染废水的过程，初步探讨了炭膜处理印染废水 的机理 ( 3 ) 复合膜生物反应器在处理印染废水中的研究现状 膜生物反应器系统尽管在印染废水处理上有一定程度的进展，但由于系统中生物单元 多采用传统的活性污泥法，受其工艺制约，仍存在动力消耗过大，膜易于堵塞，污泥活性 下降( 循环加压泵引起) 等缺陷。进而影响到m b r 系统在污水处理中的推广应用而针 对不同种的印染废水，可用多种工艺与膜生物反应器的组合工艺来处理 日本某染料厂“，每天约产生5 0 0 m 3 酸性染料、活性染料等废水，水中t o c 约为i o g l ， 盐含量为1 6 0 9 l ，采用两级r o ( 反渗透) 和氧化工艺处理。首先，在4 5 c 下，调节废水 p h 值至j i 5 ，经预过滤系统后。进入两级r o 系统，每级内组件平行连接，膜材料为阴 离子或阳离子改性的p s 或p a n 。操作压力为4 m p a 废水浓缩为原体积的1 1 0 左右，脱 色率约为9 9 。浓缩液再采用i a 0 、0 3 氧化等进一步处理。c i b a - g r e n z a c h 公司德国g s h 染料厂1 ，采用n f 湿式空气氧化组合工艺处理废水，首先将废水p h 调至7 ，然后进行纳滤 处理，操作压力2 5 3 o m p a ，透液速率为1 6 m 3 ( m 2 d ) ，大约7 9 的有机物被截流，浓 缩至原液体积的1 1 5 后，浓缩液进入f l a g 系统。透过液仅含有盐类和易于生物降解的小分 子有机物，进入生化处理系统。纳滤系统膜使用寿命在1 2 个月以上。用中空纤维膜组件分 体组合接触氧化生化系统的m b r 法处理毛纺印染废水”。研究结果表明。上流式接触氧化 柱膜反应器和接触氧化槽膜反应器对c o d 的平均去除率分别为6 4 3 和8 1 7 ，对色度的平 均去除率分别为5 9 7 和4 1 膜分离除了和氧化相结合，还可和传统的分离技术相结合处理印染废水t m e l i n 和 l e i l e r s ”采用n f 吸附处理印染废水。若仅使用纳滤，纳滤对色度固然具有高截流率。但 7 东南大学硕t 学位论文 不可避免地产生高浓度的盐水”，使降低色度和增大浓缩液同收率成为不可调和的矛盾。 通过在纳滤组件中使用便宜的粉末吸附荆粉煤灰，就可解决该矛盾。纳滤可去除色度、d o c 、 固体物，丽粉煤灰是一种经济有效的降低有机负荷的物质，它不仅可降低可吸附组分( 色 度) 的浓度而且可提高纳滤的过滤性能。 1 4 研究的目的、意义及内容 1 4 1 研究目的 ( 1 ) 通过自行设计的折流式水解酸化池和膜生物反应器工艺。对印染废水的处理进行研究。 从保证污染物去除效果的角度出发，研究复合膜生物反应嚣对各种污染物的去除特性，以 寻求该工艺的技术可行性以及工况的最优化 ( 2 ) 比较膜技术与其它生物法处理印染废水的优越之处。并从经济角度，找出最经济有效 的运行参数和操作条件 1 4 2 研究意义 众所周知。印染废水造成的生态破坏及经济损失是难以估量的，为了实现印染行业 的可持续发展，必须首先解决印染行业的水污染问题。传统废水处理方法，如混凝、生 物处理等，往往成本较高，效果却不甚理想，尤其对水溶性染料废水。膜技术在印染废 水处理中是一个比较新的技术应用，用此法处理印染废水具有许多经济上的优势，可回 收有价值的染料、助剂；循环利用水，减少新鲜水的消耗量和废水处理成本；可实现最 小化投资；对于较小的处理量，可使单位处理成本最低多数膜分离过程在常温下操作 无相变，具有节能的特点，而且过程简单，易操作和控制，不污染环境。 1 4 3 研究内容 印染废水处理方法有物化法，生化法、物化一生物串联法和膜法。目前，国内的印染废 水处理以生化为主。国外也基本如此，占8 0 以上，尤以好氧生物处理法占绝大多数。但是 生物处理对色度的去除率不高，一般在5 0 左右，所以，在出水色度要求比较高时，还要考 虑辅以其他的方法处理好氧生物处理对b o d 的去除效果明显，一般可达8 0 左右，但色度和 c o d 去除率不高，尤其p v a 等化学浆科、表面活性