（环境工程专业论文）混凝水解酸化cass气浮法处理印染废水的研究.pdf

摘要 摘要 印染废水是纺织印染企业生产过程中排放的各种废水的总称，具有高浓度、 高色度、高p h 、难降解、多变化五大特征。近年来由于纺织、印染技术的进步 以及新型染料助剂的出现，使印染废水的成份更加复杂，处理难度进一步加大， 与此同时新的污水排放标准以及“节能减排”战略对印染废水处理的要求也不 断提高，这对于已建和在建的印染废水处理系统是一个新的挑战。 本课题以某针织厂印染废水处理改造工程为依托，对该企业的印染废水在 改造原有处理构筑物的基础上，增加水解酸化一c a s s 一气浮工艺，对生化处理、 物化处理以及两者组合工艺进行研究，模拟混凝反应试验，检验处理效果，优 化设计和控制参数，以寻找适合以活性染料为主的印染废水的处理工艺，为该 印染废水和类似印染废水处理的设计和实际运行提供技术依据。 本文第一章论述了印染废水处理的现状，提出了课题研究的背景和研究的 目的。本文第二章讨论了混凝法对印染废水的处理，研究了不同混凝剂对废水 的处理效果，考察了混凝剂处理印染废水的最佳操作条件，并选择出处理该厂 废水效果最好的混凝剂：在p h 值为8 5 时，p a c 处理效果最好，当投加量为 7 0 0 m g l ，色度去除率为8 0 ，c o d 去除率约为7 0 ：废水p h 值范围为6 - - 9 ，包 含p a c 的最佳p h 值范围，当p h 值= 7 8 时，对色度的去除率达到最高，为8 5 左 右，c o d 去除率可达到近8 0 。在此基础上做了进一步的絮凝剂复配实验研究， 选择p a m 为助凝剂，当p a c 投加量为5 0 0 m g l ，p a m 投加量为2 0 m g l 时，色度去 除率为7 5 ，c o d 去除率约为6 0 ，大大降低了后续生物处理的负荷。本文第三 章和第四章讨论了水解酸化和c a s s 处理工艺的调试方案及处理效果：水解酸化 池水力停留时间为1 2 h ，完全可以满足废水的处理要求，c o d 的去除率稳定在2 0 左右，对色度的去除率达到8 0 ，b o d 5 c o d 值提高0 3 5 以上，提高了废水的可生 物降解性能；c a s s 池运行周期是5 h ，其中进水1 5 h ，曝气2 h ，沉淀1 h ，闲置滗 水l h ，c o d 的去除率在7 0 左右，出水b o d 5 在3 0 m g l 以下，出水色度稳定在2 0 倍 左右，耐冲击负荷，污泥性质稳定，具有良好的沉降、絮凝、脱水性能。气浮 池出水c o d 维持在8 0 - - 9 0 m g l ，b o d 5 在2 5 m g l 以下，色度小于2 0 ，氨氮在1 5 1 0 m g l 2 _ 问，出水t p 在0 5 m g l 以下。第五章讨论了该工程废水处理成本，计算 得出污水处理成本为1 2 5 元m 3 。 实验证明，采用混凝一水解酸化一c a s s 一气浮工艺处理印染废水，可以稳定高 效地处理水质、水量波动大且难生物降解的印染废水，对c o d 、b o d 5 、色度的 摘要 总去除率分别达到9 0 以上，出水水质达到污水综合排放标准( g b8 9 7 8 1 9 9 6 ) 的一级标准。 关键词：废水处理，印染，混凝，水解酸化，c a s s ，气浮 i l a b s t r a c t p d n t i n g a n dd y e i n gw a s t e r w a t e rf r o mt e x t i l ea n dp r i n t i n gi n d u s t r yc o n t a i n saw i d eo f c h e m i c a l sw h i c hh a sh i g hc o l o r , p h ，d i f f i c u l tt ob et r e a t e d i nr e c e n ty e a r s ，w i ht h e d e v e l o p m e n to ft e x t i l ed y e i n ga n dp r i n t i n gt e c h n o l o g y ，t h ea p p e a r a n c eo fn e w d y e s t u f fa n da u x i l i a r i e sm a d et h ew a s t e w a t e rm o r ec o m p l e x ，t h ep r o e e s s i n gb e c a m em o r e a n dm o r ed i f f i c u l t y o nt h eo t h e rh a n d ，t h en e ws e w a g ed i s p o s a ls t a n d a r d sa n dt h e s t r a t e g yo f “t h ee n e r g yc o n s e r v a t i o nr e d u c e ”e n h a n c e dr e q u e s to ft h ep r i n t i n ga n d d y e i n gw a s t e w a t e rd i s p o s a l t h i si s an e wc h a l l e n g ef o rt h es y s t e m so ft h ep r i n t i n g a n dw a s t e w a t e rd i s p o s a l t h i sr e s e a r c hb a s e d0 1 1t h ei m p r o v e m e n tp r o j e c to fw a s t e w a t e rt r e a t m e n t o f k n i t t i n ga n dd y e i n gc o m p a n y ( h e r e i n a f t e rr e f e r r e dt o a st h e “k n i t t i n gc o m p a n y ”) f o r t h ec o m p a n y sp r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e r w a t e rw e i n c r e a s e dt h e h y d r o l y t i c a c i f i d i t a t i o n c a s s d i s s o l v e da i rf l o t a t i o nr e a c t i o nc r a f t i n e x i s t i n g w a s t e w a t e r t r e a t m e n ta n d s t r e n g l h e n e db i o t r e a t m e n t w ed e s i g n e ds i m u l a t i o ne x p e r i m e n t ， e x a m i n e dt h ee f f e c to ft h ep r o e e s s i n ga n do p t i m i z e dt h ed e s i g n a n dc o n t r o l p a r a m e t e r st of i n do u ts u i t a b l ed i s p o s a lm e t h o d sf o rt h ed y e i n gw a s t e w a t e rw i t h a c t i v ed y e s t u f fa sp r i m a r yc o n t a m i n a t i o n t h i sp r o v i d e dt h ec o r r e s p o n d i n gd e s i g n p a r a m e t e r sf o rt h ea p p l i c a t i o no f t h ep r o j e c t i nt h ef i r s tc h a p t e r ，c u r r e n ts i t u a t i o no ft e x t i l ew a s t e w a t e r ，d o m i n a t i n gm e t h o d si n t r e a t m e n ta n dt h ep r i m a r ym e c h a n i s mo ft h e s em e t h o d sa l ei n t r o d u c e df i r s ta n dt h e n t h ea i ma n db a c k g r o u n do ft h i sr e s e a r c hw e r eg i v e n t h es e c o n dc h a p t e rw e d i s c u s s e s t h em e t h o do fc o a g u l a t i o ni nt r e a t i n gw a s t e w a t e rb yh i g he f i c i e n c e n tc o a g u l a n t s w i t h t h eo p t i m u mp a cc o n d i t i o no ft h eo p e r a t i o nd e c o l o r i n g r a t ec a na c h i e v ea b o v e8 0 a n dr a t eo fc o dr e m o v a lm a yr e a c ha b o v e7 0 t h ef u r t h e rb u i l tf l o c c u l a t i o n c o m p o s e db yh i g he f i c i e n c e n tp a m a n dc u r r e n tf l o c c u l a t i o np a cw a sd i s c u s s e d t h i sw o r ks e q u e n t i a l l yr e s e a r c h e st h eo p t i m u ms c a l eo fp a ma n dp a c w i t ht h e 5 0 0 m g lp a c a n d2 0m e c lp a m ，t h ed e c o l o r r a t ec a nr e a c ha b o v e8 5 a n dr a t eo f c o dr e m o v a lc a nr e a c ha b o v e8 0 p r e t r e a t m e n to fc o a g u l a t i o np r o g r e s sg r e a t l y l i g h t e nt h el o a do fa f t e r t r e a t m e n t t h et h i r da n df o r t hc h a p t e r sr e s e a r c hs o m eb a s i c c ：h a 豫c t e r so fh y d r o l y t i ca c i f i d i t a t i o na n dc a s sa n dt h e i rp e r f o r m a n c e si nd i s p o s a lo f d y e w a t e rs y s t e mw a sa l s os t u d i e d t h e s er e s o u l t sf i n dt h a th y d r o l y t i ca c i f i d i t a t i o n c a nr e a c ht h ea n t i c i p a t i o nw i t ht h e1 2 hh r t t h ee f f i c i e n c yo fc o da n dd e c o l o f i n g r e m o v a lc a l lr e a c ha b o a t2 0 a n d8 0 r e s p e c t i v e l y t h ec y c l eo fc a s si s5 h ，w i t h 1 5 hf o ri n f a l l ，2 hf o re x p o s a l ，l hf o rs e d i m e n t a t i o n ，l hf o ro f ft i m e d r a i n a g e ，c a l l r e m o v ec o da n ds s i nt h i sc e l lt h ec h r o m ac a nb ec o n t r o l l e db e l o w2 0a n db o d 5 u n d e r 3 0 m g l t h er a t eo fc o d r e m o v a lc a nr e a c ha b o v e7 0 c a s sc a l lr e s i s tt h e c h a n g e a b l ec h a r g e t h es l u d g ew i t hs t a b l ec h a r a c t e ri se a s yf o rs e d i m e n t a t i o n ， f l o c c u l a t i o na n dd e h y d r a t i o n t h ea i rf l o t a t i o ne f f u l e n ti sq u i t em e e tt h es t a n d a r dw i t h c o db e t w e e n8 0 m g la n d9 0 m g l , b o d sb e l o w2 5 m g l , c h r o m ab e l o w2 0 ， n h 4 + nu n d e r1 0m g lt pu n d e r0 5m g 】l t h ef i f t hc h a p t e rd i s c u s s e st h et r e a t m e n t c o s t a n df i n a l l yg e tt h a tt h et r e a t m e n tc o s tp e rc u b i cm e 仃ei s ￥1 2 5 t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h i st r e a t m e n tp r o c e s sc o n t a i n i n gc o a g u l a t i o n - h y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o n c a s s - - d i s s o l v e da i rf l o t a t i o n ( d a f oc a nh i g h l ya n ds t a b l y r e m o v et h ec o n t a m i n a n t si nt h ed y e i n gw a s t e r w a t e rw i t hc h a n g e a b l ew a t e rf l u xa n d q u a l i t y ，w h i c hi sd i f f i c u l tt o b eb i o t r e a t e d t h er e m o v a lr a t eo fc o d ，b o d 5a n d c o l o rc o u l db e9 0 r e s p e c t i v e l y a n dt h ee f f l u e n tc a nm e e tt h ef i r s tl e v e lc r i t e r i ao f t h ei n t e g r a t e dw a s t ew a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d ( g b8 9 7 8 - - 1 9 9 6 ) k e yw o r d s ：w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，d y e i n gw a s t e w a t e r , c o a g u l a t i o n ，h y d r o l y t i c a c i d i f i c a t i o n ，c a s s ，d i s s o l v e da i rf l o t a t i o n i l 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 t r 4 1 孙日一，彦日 轹 拗 一 獬 月 者一 作 年 文呵 论 犯 一 墓i 知 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名： 劢d 7 年弓月j ， 琊串 o 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 印染废水概述 我国是纺织印染业的第一大国，而纺织印染业又是工业废水排放大户，印染 厂每 j l l t l 0 0 m 2 织物，产生废水量3 , - - , 5 m 3 ，每年大约有6 7 亿吨印染废水排入水 环境中，故由此而造成的生态及经济损失是不可计量的，所以解决印染废水污 染问题势在必行。在我国，印染废水已成为当前最主要的水体污染源之一。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，且水量大，浓度高，所以一直是工业废水处理的 难点，也是急需解决的问题之一。为此，国内外对印染废水，特别是难降解印 染废水的处理技术进行了广泛的研究。 1 1 1 印染废水的来源 由于所加工的纤维原料、产品的品种、加工工艺和加工方式不同，废水的组 成和性质变化很大。常用的纤维原料有棉花、羊毛、蚕丝、麻、涤纶、睛纶、 维纶和粘胶纤维等。对于棉织物，采用的加工和染整工艺通常为：退浆、煮炼、 漂白、丝光、染色、印花和整理等工序；对于毛织物，其加工和染整工艺为： 洗毛、染色、洗泥、缩绒后冲洗，炭化后中和等；丝织物的加工及染整工艺为： 煮茧、缥丝、废茧处理、丝绸染整和印花等；亚麻织物的加工和染整工艺为： 浸解、洗染、漂白、染整和印花等；竺麻织物的加工和染整工艺为：碱脱胶、 酸洗、染整和印花等。印染废水主要来源于印染加工中的漂炼、染色、印花、 整理等工序，而且各工序产生成份各异的污水，使得其成份复杂，色度深，碱 性强，水量大，并含有毒、有害物质而严重污染环境【。 1 1 2 印染废水的特征 印染加工主要分为前处理( 包括烧毛、退浆、煮炼、漂白、丝光等工序) 、 染色( 包括染色、皂沈、水沈工序) 、印花和整理四部分。现将各工序不同水质特 性分述如下。 1 前处理废水【2 l ( 1 ) 退浆废水 第一章绪论 退浆一般是用化学药剂( 主要为烧碱) 将织物上所带浆料除去。在棉、麻和合 成纤维混纺织物的退浆废水中含有淀粉、海藻胶和羧甲基纤维素、聚乙烯醇等 各类浆料，另外还有润滑剂、防腐剂等助剂，退浆废水呈碱性，略带黄色，c o d 和b o d 5 值都相当高。虽然其废水量少但污染较重，是印染废水有机物的重要来 源。 ( 2 ) 煮炼废水 煮炼一般采用热碱液和肥皂等表面活性剂去除纤维中的棉蜡、油脂、果胶等 杂质。煮炼废水水量大，呈强碱性，含碱浓度约0 3 ，废水呈深褐色，b o d 5 和 c o d 均高达每升数千毫克，是污染最严重的一道工序。 ( 3 ) 漂白废水 漂白是用次氯酸钠、亚氯酸钠、双氧水等氧化剂氧化去除棉、麻纤维上的天 然色素。漂白废水含残余漂白剂，b o d 5 较低，约2 0 0 m g l 。其特点是水量大， 污染较轻。 ( 4 ) 丝光废水 为提高纤维光泽和对染料的吸收，必须将织物浸透在氢氧化钠浓碱液中进行 丝光处理。丝光废水含氢氧化钠3 5 。一般可用多效蒸发回收利用，最终排 出废水量较少，但碱性仍很强，p h 可达1 2 - 1 3 ，b o d 5 值是整个染整工序中最低 的，但仍高于生活污水。 2 染色废水 废水中污染物主要有染料、助剂、表面活性剂和微量有毒物质。由于不同的 纤维原料需用不同的染料、助剂和染色方法，而且染料上染性能、染料浓度、 染色设备和规模亦不同，故染色废水性质变化最大，染色废水的特点是水质变 化大，色泽深，碱性强，c o d 【= , b o d 5 高很多，生化降解性差。 3 印花废水 水量较大，除印花过程的废水外，还包括印花后的皂洗、水洗废水，污染物 浓度较高，其中含有浆料、染料、助剂等，b o d 5 、c o d 均较高。 4 整理废水 整理废水通常含有纤维屑、各种树脂、甲醛和浆料等，虽然其c o d 值较高， 但它的废水量很小，对整个废水的水质影响不大。 印染加工各道工序水质特征【3 】如表1 1 所示。 2 第一章绪论 表1 1 印染废水的水质特征 不同的印染工艺阶段，所产生的印染废水有不同特点，即使在同一阶段，废 水水质也因产品不同而差异很大。总体上说，纺织印染废水的特点如下： ( 1 ) 色度大，有机物含量高，除含残余染料和染色助剂等污染物外，还含有大 量的浆料，废水粘性大； ( 2 ) c o d 变化大，高时可达2 0 0 0 - - 一3 0 0 0 m g l ，b o d 5 也高达2 0 0 - - 3 0 0 m g l ； ( 3 ) 碱性大，如硫化染料和还原染料废水p h 值可达1 0 以上； ( 4 ) 染料品种多，可生化性较差； ( 5 ) 由于加工品种及产量经常变化，导致水温水量较大变化。 1 1 3 染料发色机制及组成 染料是染整加工时排出废水中影响最大的物质，不同纤维的织物使用不同的 染料。各类印染厂常用染料和化学药剂列于表1 2 【4 j 。 表1 2 各种印染废水的组成 染料种类染料种类 直接染料 活性染料 酸性染料 酸性媒介染料 金属络合染料 r i 离子染料 硫化染料 元明粉，食盐，纯碱表面活性剂 烧碱，磷酸钠，小苏打，元明粉，尿素，表面活性荆 元明粉，硫酸按，醋酸，硫酸，表面活性剂 醋酸，元明粉，重铬酸盐，表面活性剂 硫酸，醋酸钠，硫酸钱，元明粉，表面活性剂 醋酸钠，纯碱，醋酸钱，表面活性剂 硫化碱，纯碱，元明粉 3 第一章绪论 染料的分子结构决定了染料的颜色。例如，一个单独的。c = c 在紫外波长处 吸收，而在可见光波长处没有吸收，因此是无色的。但是把单独的双键和其他 的共轨体系连接起来，成为一个共扼体系，当这个共扼体系长到一定程度时， 就变为有色物质。这是因为共扼体系增长时，增加了二电子的离域范围、成键 轨道与反键轨道的数目，同时减少了激发态与基态的能量差。除了分子中增加 共扼双键数目外，在共扼体系上有带孤电子对的原子，如氧、氮等也同样增加 二电子的离域使分子的激发光波从紫外光向可见光方向移动，成为带色分子。 因此，染料分子中一般含有诸如c - - c 、n 0 2 、n - n 、n - o 、= c = o 等基团。 但是带色分子并不一定是染料，要使一个分子具有染料性质，必须使它和被染 的纤维牢固结合。一般认为，带色分子中需含有如s 0 3 n a ，o h ，n h 2 ，c o o h 等基团，这些酸性或碱性的基团有助于与纤维结合成盐。染料的颜色一般随共 扼双键的数目、苯环数目以及分子量的增加而加深i 引。 在染料分子各种环中，不同性质的取代基对可生物降解有显著影响，一般情 况下，推电子基团的引入可提高化合物的可生物降解性，拉电子基团的引入则 降低化合物的可生物降解性。推电子基团有：c h 3 、一o h 、n h 2 、c o o h ；拉 电子基团有：c i 、n 0 2 、s 0 3 ；脂肪烃化合物比芳香烃化合物容易降解；链烃 化合物比环烃容易降解；直链烃比支链烃容易降解；不饱和烃比饱合烃易降解； 长链烃比短链烃易降解，如碳链短于9 个碳的f 烷烃一般情况下难生物降解；在 同一个碳原子上或苯坏上取代基数量的增加，一般都会增加生物降解难度；取 代基团的大小也影响化合物降解性，大的取代基由于空间位阻作用，阻止酶与 化合物的接触，因而生物降解性降低；分子量大的化合物( 如高分子有机物) ，由 于微生物及其酶系很难攻击其结构的敏感键， 因而难于发生生物降解1 6 j 。 1 1 4 印染废水的危害 近年来，随着人们生活水平的提高和对美的追求，纺织品的产量和质量都有 了大幅度的提高，染料正朝着抗光解、抗氧化和抗生物降解的方向发展，印染 废水色度高、毒性强、水量大、可生化性差，从而使其治理越来越难，印染废 4 第一章绪论 水对环境的污染也越来越严重。其污染物主要是各种纤维材料、浆料、染料、 化学助剂、表面活性剂和各类整理剂等。印染废水的危害程度依所含污染物的 不同可分为5 级同，1 级最轻微，5 级最严重，见表1 3 。 表1 3 印染废水污染危害程度 印染废水中的偶氮染料能使生物致畸、致癌、致突变。其初步降解后的产物 多为联苯胺等一些致癌的芳香类化合物，毒性都较大，如酚类能影响水中各种 生物的生长和繁殖，苯对人的神经和血管系统有明显的毒害作用。印染废水若 直接排放，其高色度不利于水生植物的光合作用，进而减少水生动物的食物来 源，降低水中的溶解氧，对水生动物的生长不利，尤其是会增大水中的氮，磷 含量，会使水体富营养化。在印染过程中，如活性染料染色需要添加大量的硫 酸盐作为促染剂，所以印染废水中含有大量的硫酸盐，它在土壤中转化为硫化 物，引起植物根部腐烂，使土壤性质恶化。此外，有些染料、固色剂、媒染剂、 氧化剂等含有有害重金属离子，它们在自然界中能长期存在，并通过食物链等 危及人体健康，如c r 6 + 己被确认能致癌，汞能毒害人的神经系统，使脑部受损。 世界上八大公害事件中的水俣病事件就是汞中毒所致，痛痛病事件则是由氟引 起的。一般的酸、碱、盐等相对无害，但许多含氮、磷的化合物排放后会使水 体富营养化，藻类疯长，鱼类难以生存l 引。 5 第一章绪论 1 1 5 印染废水处理现状 纺织印染废水的处理，最突出的问题是脱色和难降解有机物的去除。目前处 理技术遵循两条基本思路：( 1 ) 将发色物质与其他难降解的有机物进行富集分离 出来；( 2 ) 直接破坏发色物质与其他难降解有机物的结构，让它们最终矿物化。 主要的净化处理方法有：物理净化法、化学净化法、生物净化法和综合净化法。 1 1 5 1 物理净化法 ( 1 ) 吸附分离 吸附法是处理印染废水的主要物理方法之一，现己发展到生物吸附。吸附法 操作简单，占地面积小，效果稳定。 活性炭吸附活性炭分为粒状与炭纤维，其中粒状活性炭对染色废水色度 去除率平均为6 0 2 ，对c o d 平均去除率为5 6 6 【2 1 。活性炭具有独特微孔结构 与更小的细孔直径、更高的外表面积与比表面积以及多种官能团，使它对染料 等物质的吸附能力更强并更容易再生。染料分子大小与活性炭孔径愈接近愈容 易被吸附，活性炭对不同染料的吸附能力的顺序是：碱性染料、酸性染料、直 接染料、硫化染料【9 1 。 煤狄吸附发电厂粉煤灰燃烧后的产物一飞狄与底灰合称粉煤灰，将活化 粉煤灰对直接耐晒翠蓝染料进行吸附试验，粉煤灰吸附符合f r e u n d l i c h 方程，吸 附量( q ) = 0 9 7 5 c o ，粉煤狄吸附最佳p h 范围与活化温度分别为6 3 6 6 与 6 0 0 c 1 1 。 性硅藻土吸附硅藻土表面为大量硅羧基与氢基覆盖，有学者们采用浙 江和吉林硅藻土对甲基蓝吸附，研究了吸附等温线，当p h = 1 3 时吸附量最大，可 达9 4 9 8 m g g 1 1 1 l 。 其他还有采用褐煤、壳聚糖、凹凸棒石、改型沸石、废旧塑料【1 2 1 进行印染 废水脱色研究的报道，对弱酸性染料、直接染料及k d 、k e 型活性染料均有较好 的脱色率。 ( 2 ) 其他物理净化方法 用于纺织印染废水处理的物理方法还有重力沉降与离心分离、磁分离、膜分 离、离子交换、在亚铁离子的催化下会进行f e n t o n 反应，释放出强氧化能力的活 化羟基o h ，对染料与它们的中间产物反应很快，其速度常数在1 0 8 1 0 1 0 m o l l s 范围【1 3 j 。 1 1 5 2 化学净化法 6 第一章绪论 ( 1 ) 混凝分离 混凝对纺织印染废水净化非常有效。混凝絮凝技术利用无机混凝剂可以去除 废水中的微小悬浮颗粒、胶体颗粒、悬浮染料、分散染料、还原染料、硫化染 料及水溶性染料中分子量较大的部分直接染料等。水溶性染料中分子量小的不 容易形成胶体的部分酸性染料、活性染料、金属络合染料及直接染料的一部分 和阳离子染料则不能用此方法处理。聚硅酸脱色絮凝) f u ( p s m a ) 对分散染料、活 性染料和酸性染料的脱色率达9 5 以上；f e 系混凝剂对活性染料、分散染料、直 接染料和硫化染料废水的脱色率达到8 5 9 5 ，对c o d 也有一定去除效果。 ( 2 ) 电解分离 电化学技术可以有效地处理纺织印染废水，处理量大，工艺灵活，除阳离子 染料外，其它染料废水的脱色率均在9 0 以上。对c o d 的去除率依次为：还原染 料、硫化染料 酸性染料、活性染料 中性染料、直接染料 阳离子染料。常规电 凝聚法( 或称低压电解法) 的电耗与铁耗量都比较大，成本高。脉冲电晕大大改善 了电解工艺，当脉冲电压为3 8 k v 时，4 0 秒内可使直接蓝2 b 和活性艳红x 3 1 3 染料 脱色率分别达9 5 与8 0 1 1 4 】。 ( 3 ) 氧化分离 氯氧化剂氧化 向纺织印染废水中加入氯气、次氯酸盐、二氧化氯等氧化剂，生成的新生态 氯将染料等有机物氧化成醛、酸，进而氧化成c 0 2 和h 2 0 。但氯可能生产毒性很 强的卤代有机物1 1 5 】。 氯氧化法对活性染料与酸性染料效果较好，对直接染料与分散染料则效果不 佳。氯氧化法处理效率较高，设备紧凑，但耗电较大，成本较高。 臭氧氧化剂氧化 臭氧氧化是通过活泼的o h 自由基与污染物反应。它对直接染料、酸性染料、 碱性染料、活性染料等水性染料的脱色速度较快，效果较好；对分散染料、还 原染料、硫化染料等亲水性染料的脱色速度较快，效果较好；对分散染料、还 原染料、硫化染料等疏水性染料脱色速度慢、效果差。臭氧发生装置简单灵巧， 易于自动调节，但成本高，不适于大流量废水净化1 1 6 1 。 双氧水与f e n t o n 试剂氧化 双氧水氧化能力较弱，若将双氧水与含f e “离子的酸性水溶液混和就形成了 f e n t o n 试剂。在亚铁离子的催化下会进行f e n t o n 反应，释放出强氧化能力的活化 7 第一章绪论 羟基o h ，对染料与它们的中间产物反应很快，其速度常数在l o s - 1 0 1 0 m o l l s 范围f 1 7 1 。 催化氧化 催化氧化近年来研究十分活跃，从反应机理与催化方式的研究都受到国内外 学者的广泛关注，目前用于光催化的半导体粉末已达1 0 多种。国内学者采用半 导体与电催化相结合，对偶氮染料一酸性铬蓝k 、酸性品红、铬黑t 进行催化降 解试验，经过3 h 其降解率平均达到8 2 【1 8 l ；采用超细y 二a 1 2 0 3 c u o 催化，以h 2 0 2 氧化偶氮染料活性艳红x 3 b 废水，当进水c o d 为5 7 0 0 m g l ，色度3 1 0 0 倍时，c o d 与色度去除率分别为7 7 和9 9 1 1 9 l 。催化氧化法处理纺织印染废水，国内正处于 研究开发的兴盛阶段。 尽管物化法处理印染废水比较有效，但物化法普遍存在处理费用高，会产生 大量难处理的污泥等问题。所以，目前国内外对印染废水的处理还是以生物法 为主。 1 1 5 3 生物净化法 生物净化是国内外目前处理纺织印染废水的主要方法之一。利用微生物的生 命活动处理纺织印染废水的研究进展较快，已经发现可利用的微生物种类很多， 主要有真菌、细菌和藻类，它们净化染料的机理主要是吸附和降解。生物降解 分两步完成；一是染料分子被吸附到微生物体上甚至透过细胞膜进入细胞体内； 二是微生物依靠自身分泌的酶催化氧化还原染料分子，实现脱色和分解，微生 物也从中摄取需要的营养。 ( 1 ) 真菌降解 目前己发现多种真菌能够降解染料，研究较多的是白腐真菌，而富氧环境是 一切白腐真菌对染料脱色和降解的必要条件。采用白腐真菌对分散染料废水进 行9 6 h 降解实验，c o d 原水浓度3 6 4 0 m g l 降至2 1 2 0 m l 【2 0 j ；用真菌曲霉h d 处理 虎红( 氧葱类染料) 废水，菌体培养2 4 h ，脱色率达9 9 4 【2 。 ( 2 ) 细菌降解 许多细菌对染料都有很好的降解效果，但单一菌种一般只能打开发色基团， 中间产物如苯胺类致癌物质则很难进一步降解，只有靠混和菌种之问的协同作 用，才能增加降解效果。国内研究人员采用假单胞菌属、气单胞菌属和红螺菌 属等1 0 株纯菌以及它们的混和菌群分别处理含有活性黑k n b 、活性红h e 3 b ，活 性黄3 r 5 废水，结果发现假单胞菌属、气单胞属和红螺菌属的脱色能力优于其它 8 第一章绪论 菌种，混合菌种的脱色能力又高于各单株菌i 勿。 ( 3 ) 藻尖与水生维管束植物降解 某些藻类对染料废水具有脱色作用，甚至可以将偶氮染料分解出的芳香胺等 物质进一步降解成简单化合物或二氧化碳，这就预示了利用稳定塘处理染料废 水的可能性。国内学者选用普通小球藻、蛋白核小球藻和斜生栅藻对1 0 种单偶 氮染料废水作了净化试验。结果显示，蛋白核小球藻脱色能力较好，去除率在 9 1 8 9 8 ，并认为偶氮分子中偶氮键的最低未占据轨道能量是控制染料降解 的主要因烈2 引。水生维管束植物凤眼莲与芦苇湿地对纺织印染废水都有一定的 净化效果。 1 1 5 4 综合净化法 纺织印染废水含有的污染物成分复杂，无论物理、化学或生化方法，仅靠某 单一方法对废水的净化程度具有一定的限度，只有根据实际将两种或两种以上 的方法组成一个比较科学的系统，才能达到预期的处理要求。目前国内处理印 染废水的工艺因水质水量的不同，工艺有多种，比较常见且成熟的处理工艺如 下： ( 1 ) 生化物化法 对可生化性较好的印染废水，采用一级或二级生物处理工艺；对生化性一般 的废水，可采用厌氧生物处理与好氧生物处理相结合的工艺，也可采用好氧生 物处理与物化法串联工艺；一些含有对微生物具有毒害或抑制作用的废水，先 采用物化法进行预处理，再进行生物处理。采用厌氧处理的原因是不仅去除部 分较易降解的有机污染物质，还可将较难降解的大分子有机物转化为易于生物 降解的较简单的小分子有机物，提高废水的可生化性，而且废水的脱色效果亦 明显提高1 2 4 。 常用好氧工艺有c a s s 和接触氧化法。 印染废水的生物物化处理方法可结合具体水质水量，采用如下工艺【2 5 之7 】： ( 1 ) 大规模的综合性纺织印染厂，水量q 为3 0 0 0 m 3 d ，工艺推荐采用：格栅 调节池厌氧水解酸化生物接触氧化沉池砂滤生物炭。其主要参数为：调节池 4 1 0 h ，厌氧水解酸化6 1 0 h ，生物接触氧化4 1 0 h ，沉淀池采用平流式，表 面负荷0 8 m 3 h ， 快滤池滤速5 - 一1 0 m h ，粒径o 5 1 5 m m ，反冲周期8 一- 2 4 h ，生 物炭停留时间1 0 - - 一2 0 h ，过滤速度3 4 m h ，粒径为2 4 m m 粒状活性炭，气水 比( 3 5 ) ：1 ，反冲周期3 5 天。 9 第一章绪论 ( 2 ) 中等规模( 水量5 0 0 3 3 d ) ：格栅调节池、混凝沉淀生物接触氧化 沉淀池、砂滤、清水排放。其主要工艺参数：混凝沉淀池采用直径5 0 斜管沉淀 池，表面负荷2 o m 3 m 2 h ，接触氧化池水力停留时间6 8 h ，砂滤滤速5 l o m h ， 粒径o 5 1 5 m m 。 ( 3 ) 小规模( 水量5 0 0 m 3 d ) l 拘印染厂：格栅曝气调节池混凝沉淀、氧化剂氧化 砂滤清水排放，其主要参数：调节池6 8 h ，混凝沉淀采用直径5 0 斜管沉淀池， 表面负荷2 o m 3 m 2 h ，氧化剂氧化接触时间1 0 - 一2 o h ，氧化剂投加量n a c l 0 1 0 0 - 5 0 0 m g 1 ，混凝剂聚合氯化铝1 5 0 - - - ，3 0 0 m g 1 。 ( 2 ) f e n t o n 反应+ 生物处理法 由铁屑微电解反应池和生物铁曝气池组成。废水进入调节池，再流入铁屑微 电解池内，经生物曝气池铁污泥生化降解后，在斜板沉淀池进一步泥水分离， 再经砂滤池深度处理后排放。 ( 3 ) 生物活性炭法 活性炭由微小晶体部和非结晶混合组成的碳素物质，比表面积大( 5 0 0 2 5 0 0 m 2 g ) ，孔径d x ( 1 - - 一，l o o o o n m ) 。细菌最小直径为l o o n m ，由细菌组成的菌胶团 所形成的膜不可能覆盖活性炭的中孔和微孔，活性炭的吸附活性点就集中在微 孔和中孔。活性炭表面成为微生物非常适宜的环境，菌胶团在其表面形成生物 膜后并不影响吸附性能，强烈的微生物活动加速了有机物的去除。东华大学陈 季华教授采用水解酸化、刖b c 好氧处理生化沉淀混凝物化沉淀砂滤生物活性 炭系统处理江苏海澜集团印染废水的工程实例取得了良好的效果【2 8 1 。 ( 4 ) 曝气生物滤池 曝气生物滤池处理污水的原理主要是过滤、吸附和生物氧化。通过反应器内 填料上所附生物膜中微生物的氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和 沿水流方向形成的食物链分级捕食作用，以及生物膜内部微环境和厌氧段的反 硝化作用去除污染物质。曝气生物滤池利用填料上生物膜的强氧化降解能力对 污水进行快速净化。当污水流经填料表面时，由于填料的粒径一般都较小以及 生物膜的生物絮凝作用，污水中大量的固体悬浮物被截留，且脱落的生物膜不 会流失【2 9 1 。 印染废水属高浓度、有毒有害、难降解的有机废水，含有残余染料、染色助 剂、酸碱以及某些重金属，其中残余染料及助剂构成了废水中有机物的主要成 份，并使废水带有特殊的颜色，因此，如何使印染废水脱色成为当前待处理的 1 0 第一章绪论 重要问题，脱色方法的研究也成为印染废水处理的重要课题。大量的试验和实 践证明，生物处理法在去除有机物方面有效果好、费用低的优越性，但是对色 度的去除却不够理想：物理和化学处理法在脱色方面有快速、高效的优点，但对 有机物的去除一般不是效率很低，就是费用昂贵。因此，对于印染废水要使处 理后的出水达到规定的排放标准，很难用单项处理方法彻底解决问题。因此， 组合式工艺处理法有逐渐被普遍采用的趋势。 从国内外报道可知，印染废水处理的研究趋势一是研制高效廉价的脱色剂( 包 括微生物絮凝剂) ，二是臭氧处理相结合的各种技术，以及光催化氧化技术，三 是低能耗、低运行费用的生物处理与物化处理相结合工艺的研究。 混凝过程是从水中去除悬浮物及胶体颗粒物从而实现固液分离的基本方法， 是众多水处理工艺技术中应用最普遍的单元操作之一。在废水二级或三级处理 中，混凝工艺往往与其它处理工艺组合使用，以减轻生化处理负荷或去除残留 有机物、无机物及微生物。此外，混凝过程还被用于污泥的浓缩脱水处理中。 随着研究的深入，混凝理论已从定性阐述发展到半定量或定量模型及模式1 3 0 - 3 2 1 ， 并建立了各种条件下颗粒脱稳与传输的数学模型。混凝具有廉价、操作简单、 技术成熟、投资少的特点所以被广泛运用于处理工业废水尤其处理量大的工业 废水，使之达到排放、回用或预处理的目的。 1 2 混凝研究现状 1 2 1 混凝基本原理 固液分散体系中颗粒问的相互作用，概括起来大致有以下几种：范德华( v a n d e r w a a l s ) 引力作用、静电作用力、溶剂化力、疏水力、位阻效应、高分子架桥 作用。凝聚理论认为，带电胶体之间主要存在着两种相互作用力：双电层重叠 时的静电斥力和粒子间的范德华引力。 大部分固体物质在水溶液中分散时，其表面与极性水分子相互作用，在固 液界面上发生电离、溶解、吸附等现象，从而导致颗粒表面荷电。颗粒表面荷 电原因主要有以下三种，选择性溶解：颗粒表面的晶格离子在溶液中的选择 性溶解或者表面组分在溶液中选择性解离是颗粒表面荷电原因之一；颗粒表面 的电性与荷电量的大小取决于正负离子的溶解能力的差异；若j 下离子比负离子 更容易进入溶液，则颗粒表面荷负电，反之，荷正电；两种离子的溶解能力差 第一章绪论 别越大，颗粒表面电荷的电量也就越多。选择性吸附：溶液中的不同离子在 颗粒表面上选择性吸附是颗粒表面荷电的原因之二。水