（环境工程专业论文）微絮凝深床过滤—超滤组合工艺深度处理印染废水研究.pdf

摘要 微絮凝深床过滤一超滤组合工艺深度处理印染废水研究 摘要 相比传统的常规印染废水深度处理技术，微絮凝深床过滤是一种高效经济的 集成化工艺，构筑物占地面积小，投资运行费用低，而超滤膜工艺凭借其分离过 程简单、投资费用和能耗低等特点，随着我国超滤膜材料的开发、膜制造技术的 日益成熟和膜清洗方法的改进，必将会在印染废水深度处理中得到越来越多的应 用。 本研究采用以自主研制的涤纶高弹丝纤维球滤料作为过滤介质的微絮凝深 床过滤和超滤相结合的组合工艺，对印染废水进行深度处理研究，深入探讨了涤 纶高弹丝纤维球滤料对颗粒污染物的截留机理，同时对组合工艺应用于印染废水 深度处理去除污染物的特性和效能作了相关的分析和讨论，为组合工艺的实际应 用提供理论基础。 试验结果表明：涤纶高弹丝纤维球滤料具有孔隙率高、比表面积大、滤速快、 截污能力强和过滤周期长等特点，以该滤料作为过滤介质的微絮凝深床过滤工艺 可以使过滤出水水质浊度维持在1 n t u 以下，絮凝剂p a f c 的加入强化了工艺对 浊度物质的去除，而且滤速的改变对工艺运行和过滤出水水质影响也不大，因此 在废水深度处理领域中具有广阔的应用前景。 通过理论模型和试验结果分析可知，废水中颗粒物的平均浓度和截留粒径沿 滤料层深度方向呈现逐步降低的趋势。从不同滤料层高度截留颗粒粒径的体积分 布变化可知，深床过滤出水颗粒粒径主要在1 - - 3 0 , u r n 之间，但是，从不同滤料 层高度截留颗粒粒径的数量分布和尺寸分布变化可知，最终过滤出水中粒径在 1 t m 左右的颗粒物所占的比例最大。 微絮凝深床过滤工艺结合n a c l o 的高效氧化作用，可以有效地降低印染废 水的色度、喁5 4 和k 1 2 ，当p a f c 和n a c i o 投加量均为1 0 m g l 时，废水色度从 1 6 0 倍降至2 倍左右， u 吒，。和屹。2 同时也得到了相应的去除，并j i n a c i o 的投 加有助于t o c 去除率的略微提高，而对溶解性有机物d o c 的去除作用不大，低 摘要 于8 。n a c i o 的氧化作用对废水中的：v i i ；一n 去除效果很好，n h 4 一n 去除 率达9 0 以上。 采用气冲一气水反冲一水冲的反冲洗方式可以有效地清除纤维球滤料表面 上截留的污染物，而且2 5l ( s m 2 ) 的气冲强度和8l ( s m 2 ) 的水冲强度足以将整个 滤床充分膨胀，通过结合上升水流的冲刷和剪切作用，以及空气的表面擦洗作用， 可以将滤料上截留的污染物剥离干净，而且反冲洗耗水量相比常规的粒状滤料更 小。 组合工艺对印染废水中浊度物质的去除效果非常显著，而且微絮凝深床过滤 工艺某种程度上作为超滤的预处理工艺，大大减轻了超滤膜的负荷，降低了膜污 染发生的机率，同时超滤作为后续处理可以解决深床过滤因为滤速的提高而导致 开始阶段出水浊度升高的问题，使得出水浊度稳定在0 5 - - 0 7 n t u 之间；组合工 艺对加c 的去除效果同样较好，去除率达到4 1 5 3 ，而对，。和屹。：的去 除率则分别达到了8 1 和8 3 以上。 关键词：印染废水，纤维球滤料，微絮凝深床过滤，超滤，深度处理 a b s t r a c t r e s e a r c hf o rc o m b i n e dp r o c e s so f m i c r o ，f l o c c u l a t i o nd e p t hf i l t r a t i o na n d u i f t r a f i i r r a t i o na p p l i e di na d v a n c e dt r e a t m e n t0 i f a b s t r a c t c o m p a r e dw i t hc o n v e n t i o n a lt e c h n o l o g i e so fa d v a n c e dt r e a t m e n to fp r i n t i n ga n dd y e i n g w a s t e w a t e r , m i c r o - f l o c c u l a t i o nd e p t hf i l t r a t i o n i sa ne c o n o m i c a li n t e g r a t e d p r o c e s so fh i 【g h e f f i c i e n c y , w h i c hi sc h a r a c t e r i z e db ys m a l lf o o rs p a c ea n dl o wi n v e s t m e n ta n dr u n n i n gc o s t w i t h t h ed e v e l o p m e n to fm e m b r a n em a t e r i a l s ，m a t u r eo fm e m b r a n em a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g ya n d i m p r o v e m e n to fc l e a n i n gm e t h o d s ，u l t r a f i l t r a t i o ni so fs i m p l i c i t yi ns e p a r a t i o np r o c e s sa n dl o wi n i n v e s t m e n ta n de n e r g yc o n s u m p t i o nw h i c hw i l lb ei n c r e a s i n g l ya p p l i e di na d v a n c e dt r e a t m e n to f 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 h i ss t u d yi n t r o d u c e dt h ep r o c e s sw h i c hw a sc o m b i n e du l t r a f i l t r a t i o nw i t hm i c r o f l o c c u l a t i o n d e p t hf i l t r a t i o nu s i n gh i g hs t r e t c hy a r nt e r y l e n ef i b e r - b a l lf i l t e ra st h ef i l t r a t i o nm e d i ai na d v a n c e d t r e a t m e n to fp r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r t h e nt h ep a r t i c l ee n t r a p p e dm e c h a n i s mo ff i b e r - b a l l f i l t e ra n dp o l l u t a n t sr e m o v a lc h a r a c t e r i s t i c sa n de f f i c i e n c yo ft h ec o m b i n e dp r o c e s sw e r ea n a l y s e d a n dd i s c u s s e da tt h es a m et i m e t h et e s tr e s u l t ss h o w e dt h a th i 【g hs t r e t c hy a m t e r y l e n ef i b e r - b a l lf i l t e rw a so fh i g hp o r o s i t y , g r e a ts p e c i f i cs u r f a c ea r e a , f a s tf i l t e r i n gv e l o c i t y , s t r o n gp o l l u t a n t se n t r a p p e dc a p a c i t ya n dl o n g f i l t e r i n gc y c l e t h r o u g ht h et r e a t m e n to fm i c r o - f l o c c u l a t i o nd e p t hf i l t r a t i o n , t h ee f f l u e n tt u r b i d i t y c o u l dm a i n t a i nb e l o win t u t h ea d d i t i o no ff l o c c u l a n tp a f c ( p o l y m e r i ca l u m i n i u mf e r r i c c h l o r i d e ) s t r e n g t h e n e dt h er e m o v a le f f e c to ft u r b i d i t y a n dv a r i a t i o no ff i l t e r i n gv e l o c i t yh a dl i t t l e i n f l u e n c eo nr u n n i n gc o n d i t i o na n de f f l u e n tw a t e rq u a l i t y t h e r e f o r e ，t h ep r o c e s sh a daw i d e l y a p p l i e df u t u r ei nt h ef i e l do f a d v a n c e dt r e a t m e n to f w a s t e w a t e r b yt h ea n a l y s i so f t h e o r e t i c a lm o d e l sa n dt e s tr e s u l t s ，w ef o u n dt h a tt h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o n a n dd i a m e t e ro fp a r t i c u l a t e sp r e s e n t e das u c c e s s i v ed e p r e s s e dt r e n da l o n gt h ed e p t hd i r e c t i o no f f i l t e rb e d i na c c o r d a n c ew i t hv a r i a t i o no fv o l u m ed i s t r i b u t i o nf o re n t r a p p e dp a r t i c u l a t ed i a m e t e r o fd i f f e r e n tf l t e rh e i g h t ，t h ep a r t i c l ed i a m e t e ro fd e p t hf i l t r a t i o ne f f l u e n tw a sb e t w e e nl 加a n d 3 0 t m h o w e v e r , t h ep r o p o r t i o no fp a r t i c l ed i a m e t e ra b o u t1p mw a st h em o s tb a s i n go nt h e v a r i a t i o no fn u m b e ra n dl e n g t hd i s t r i b u t i o nf o re n t r a p p e dp a r t i c u l a t ed i a m e t e ro fd i f f e r e n tf i l t e r a b s t r a c t h e i g h t c o m b i n e dw i t ht h eo x i d i z a t i o no fn a c i o ，t h ec o l o r , 喁5 4 a n d 圪1 2 c o u l db e e f f i c i e n t l yr e d u c e db ym i c r o - f l o c c u l a t i o nd e p t hf i l t r a t i o np r o c e s s w h e nt h eq u a n t i t yo fp a f c a n dn a c i ow e r eb o t hlo m g j l ，t h ec o l o ro fw a s t e w a t e rc o u l db ed e p r e s s e df r o m16 0t i m e st o2 t i m e s ，a n d 饥乞5 4a n d 圪1 2 w e r ep a r t i a l l yr e m o v e de i t h e r t h ea d d i t i o no fn a c i ow a s h e l p f u lt ot h er e m o v a lo ft o cw i t has m a l ld e g r e ei n c r e a s e ，b u tt h er e m o v a lo fd o cw a s b e l o w8 a tt h es a m et i m e ，t h er e m o v a lo f 删一nr e a c h e da b o v e9 0 b e c a u s eo ft h e o x i d i z a t i o no fn a c i o t h em a t e r i a lt h a th a da c c u m u l a t e dw i t h i nt h ef i b e r - b a l lf i l t e rc o u l db er e m o v e de f f i c i e n t l yb y t h eb a c k w a s hm o d eo fa i rs c o u r i n g - w a t e ra n da i rb a c k w a s h - w a t e rs c o u r i n g a n dt h ef i l t e r i n g m e d i ac o u l db es u f f i c i e n t l yf l u i d i z e dw h e nt h ea i ra n dw a t e rs c o u r i n gi n t e n s i t yw e r e2 5 l ( s m 2 ) a n d8 l ( s 。m 2 ) ，r e s p e c t i v e l y b yt h es h e a ra n dw a s h i n gf o r c e sc r e a t e db yb a c k w a s hw a t e ru s i n gi n c o n j u n c t i o nw i t ht h es u r f a c es c r u b b i n go fa i r , t h es u s p e n d e dm a t t e rw i t ht h ef i l t e rc o u l db e r e m o v e da n dw a s h e da w a y , a n dt h ew a t e rc o n s u m p t i o nw a ss m a l l e rt h a no t h e rg r a n u l a rf i l t e r i n g m e d i a s t h ec o m b i n e dp r o c e s sh a ds i g n i f i c a n te f f e c to nt h er e m o v a lo ft u r b i d i t y i nad e g r e e 勰t h e p r e t r e a t m e n tp r o c e s so fu l t r a f i l t r a t i o n ，m i c r o - f l o c c u l a t i o nd e p t hf i l t r a t i o nc o u l da l l e v i a t e dt h el o a d o fu l t r a f i l t r a t i o nm e m b r a n eg r e a t l y , a n dr e d u c et h ep r o b a b i l i t yo fm e m b r a n ef o u l i n go c c u r r e n c e m e a n w h i l e ，t h ep r o b l e mo fe f f l u e n tt u r b i d i t yi n c r e a s eo nt h ei n i t i a ls t a g eo fd e p t hf i l t r a t i o n b e c a u s eo ft h ei n c r e a s eo ff i l t e r i n gv e l o c i t y , c o u l db es e r r i e db yu l t r a f i l t r a t i o n , a n dt h ee f f l u e n t t u r b i d i t yc o u l ds t a b i l i z eb e t w e e no 5 n t ua n d0 7 n t u t h er e m o v a lo ft o cw a sa l s og o o da s w e l l 罄喁”a n d 圪1 2 ，a n d t h e i rr e m o v a lr a t i or e a c h e d4 1 。旷5 3 ，8 1 a n d8 3 ，r e s p e c t i v e l y g a op i 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 a s s o c i a t ep r o f e s s o rw a n gy o n g - h u i k e yw o r d 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 , m i c r o - f l o c c u l a t i o nd e p t hf i l t r a t i o n , u l t r a f i l t r a t i o n , a d v a n c e dt r e a t m e n t , f i b e r - b a l lf i l t e r 目录 图表目录 表1 1 印染废水中主要污染物类型以及与生物处理的关系影响2 表1 2 用于废水处理的主要生物处理工艺3 表3 1 涤纶高弹丝纤维球滤料与传统常规滤料技术参数对比1 9 表4 1 水质参数分析方法3 4 表4 2 不同滤床流态化要求所需的反冲洗流量5 0 图1 1 用于废水处理的过滤工艺分类6 图1 2 过滤工艺定义简图7 图1 3 深床过滤去除颗粒物机理9 图l - 4 膜工艺去除废水组分机理简图1 l 图3 1 以水头损失和出水浊度为依据确定过滤运行周期简图1 7 图3 3 涤纶高弹丝纤维球滤料实样图、图3 - 4 活性红k 2 b p 分子结构式1 9 图3 2 微絮凝纤维球深床过滤试验装置图2 0 图3 5 未投加絮凝剂时出水浊度随过滤时间的变化曲线2 1 图3 - 6 投加絮凝剂对过滤出水浊度的影响2 2 图3 7 投加絮凝剂对水头损失变化的影响。2 2 图3 8 不同p a f c 投加量时出水浊度变化曲线2 3 图3 - 9 不同p a f c 投加量时水头损失变化曲线2 4 图3 1 0 不同滤速条件下出水浊度变化曲线2 5 图3 1 1 不同滤速条件下水头损失变化曲线2 5 图3 1 2 不同滤料层高度颗粒物浓度变化2 7 图3 1 3 不同滤料层高度颗粒截留粒径变化2 8 图3 1 4 不同滤料层高度颗粒截留粒径数量分布( n u m b e r ) 变化图2 9 图3 1 5 不同滤料层高度颗粒截留粒径体积分布( v o l u m e ) 变化图3 0 图3 1 6 不同滤料层高度颗粒截留粒径尺寸分布( 1 e n g t h ) 变化图3 0 图4 1 不同n a c i o 投加量对出水色度的影响3 5 图4 2 不同n a c i o 投加量对【形，。去除率的影响3 6 图4 3 不同n a c i o 投加量对k ”去除率的影响3 6 图4 _ 4 检测波长2 5 4 n m 处液相色谱图3 8 图4 5 检测波长5 1 2 r i m 处液相色谱图3 9 图4 6 不同p a f c 投加量对色度去除的影响3 9 图4 7 滤速对色度去除的影响。4 0 i l l 目录 图4 - 8 静置前后，。和圪。2 去除率的变化( 3 0 i 仉) 4 0 图4 - 9 静置前后，。和蚝。2 去除率的变化( 4 0 m h ) 4 1 图4 1 0 不同p a f c 投加量对出水浊度的影响4 l 图4 1 1 不同滤速条件下出水浊度变化曲线4 2 图4 1 2 不同n a c l o 投加量对出水浊度的影响4 2 图4 1 3 不同n a c i o 投加量对t o c 去除率的影响4 3 图4 1 4 不同n a c i o 投加量对d d c 去除率的影响4 3 图4 1 5 不同p a f c 投加量对t o c 去除率的影响4 4 图4 1 6 不同滤速条件下t o c 去除率变化曲线。4 4 图4 1 7 不同n a c i o 投加量对所一n 去除率的影响4 6 图4 1 8 滤速对n h ；一去除率的影响4 6 图4 1 9n o ；、n o ；和d o 浓度变化曲线。4 8 图5 1 微絮凝深床过滤一超滤组合工艺试验装置图5 4 图5 2 超滤膜对浊度的去除5 5 图5 3 微絮凝深床过滤一超滤工艺对t o c 的去除5 6 图5 - 4 微絮凝深床过滤一超滤工艺对暇，。和k ，的去除5 6 图5 5 检测波长2 5 4 n m 处液相色谱图5 7 图5 - 6 检测波长5 1 2 n m 处液相色谱图5 7 图5 7 颗粒物浓度在整个处理过程中的变化5 8 图5 8 组合工艺截留颗粒物粒径变化5 9 图5 - 9 组合工艺截留颗粒粒径体积分布( v o l u m e ) 变化图5 9 图5 1 0 超滤出水颗粒粒径数量分布( n u m b e r ) 柱状图6 0 图5 1 l 膜的污染模式6 0 i v 附件一i ： 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。 学位论文作者签名：b 品 日期：乡竹8 年i 月i 阳 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。 一= 学位论文作者签名：b 凸 日期：卯8 年1 月l 厂日 东华大学硕士学位论文 微絮凝深床过滤一超滤组合工艺深度处理印染废水研究 1 1 本课题的研究背景 第1 章绪论 供水不足和水质恶化是当代关系到世界各个不同地区的许多城市、工业、农 业和环境的严重问题。四分之一个世纪以上的时间，就环境工程方面一直重复着 一个命题，就是改进废水处理，为处理出水提供不应排放而有利于回用的水质。 纺织印染工业是我国传统的支柱产业之一，是我国民族工业中历史最悠久的 产业之一。当前，我国纺织印染工业的产业综合能力不断增强，国际贸易地位逐 年提高，已成为世界上最大的纺织品出口国，目前占有1 3 左右的国际市场份 额。 纺织印染工业在迅速发展的同时也带来了许多负面的影响，目前我国印染行 业耗水量和废水排放量较大的问题尤为突出，单位产品耗水量一般是发达国家的 3 倍左右。虽然我国自上世纪7 0 年代就开始进行纺织印染废水治理技术的研究， 但由于资金投入、生产工艺、废水水质成分复杂等因素，纺织印染废水处理尚未 实现稳定达标排放，尚无成熟的回用技术，纺织废水的回用率仅为1 0 ，其中印 染废水回用率只有7 。 水资源的紧缺和污染物的排放，已经成为印染行业发展的制约性因素。据了 解，考虑到印染废水的排放对环境的污染影响，新制定的纺织染整工业水一级排 放标准化学需氧量c o d 浓度将由原来的1 0 0 m l 下降到5 0 m g l ，这就给印染 废水的处理提出了更高的要求。尽管目前对采用诸如光化学、电化学及高级氧化 等一系列高新技术来处理并回用印染废水的研究很多，而且处理效果也很好，但 是由于处理成本、能耗等因素的制约，这些新技术在印染废水深度处理中并没有 得到推广应用，目前还只停留在研究阶段。因此，研究开发处理效果好、处理成 本相对低廉、能耗低、实用性强、环境经济效益明显的印染废水深度处理技术显 得尤其重要，而且具有很大的发展空间。 1 2 我国印染废水排放现状及水质特性分析 1 2 1 印染废水排放现状 据报道，我国每年污水的排放量约为3 9 x 1 0 1 0 t ，其中工业废水占5 1 ，并 以l 的速率逐年递增，而纺织印染行业又是工业废水排放的大户，约占整个工 业废水排放量的3 5 。据有关资料估算2 1 ，目前国内印染企业排放废水量约在 东华大学硕士学位论文微絮凝深床过滤一超滤组合工艺深度处理印染废水研究 5 0 0 万m 3 d 。 1 2 2 印染废水水质特性分析 印染工业用水量很大，这些水直接接触纤维材料、染料和化学药剂，并从印 染加工系统的各道工序中排放，从而形成大量印染废水。印染废水具有水量大( 废 水量约为其用水量的7 0 ，- - 9 0 ) 、色度和有机物含量高、水质和p h 值变化大、 成份复杂等特点，另外废水中还含有残余染料、浆料、助剂、纤维杂质及无机盐 等，特别还含有难以降解的物质和少量有毒物质，其b c 值约等于o 2 ，属于生 化性较差的废水。 表1 - 1 印染废水中主要污染物类型以及与生物处理的关系影响 t a b l e l - 1m a j o rp o l l u t a n t t y p e si nt e x t i l ew a s t e w a t e r s t h e i ro r i g i na n dr e l e v a n c e i m p a c ti nb i o l o g i c a lt r e a t m e n t 3 5 】 1 3 印染废水处理方法研究现状及进展 近年来，由于p v a 浆料、新型助剂等难生物降解的有机物大量进入印染废 水中，给废水的处理增加了难度，目前较为普遍采用的技术工艺主要有生物处理 法、物理化学法、氧化法以及由此派生出来的一些组合处理工艺等。 1 3 1 生物处理法 生物处理是指利用微生物的新陈代谢作用去除废水中有机污染物的一种方 2 东华大学硕士学位论文 微絮凝深床过滤一超滤组合工艺深度处理印染废水研究 法。通过适当的分析和对环境的控制，几乎所有包含生物可降解组分的废水都可 以利用生物处理。从微生物在系统的附着方式分，废水生物处理工艺可分为悬浮 生长工艺和附着生长工艺，相应的各种典型应用见表1 2 。 表1 - 2 用于废水处理的主要生物处理工艺1 6 i t a b l e1 - 2m a j o rb i o l o g i c a lt r e a t m e n tp r o c e s s e su s e df o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n t 东华大学硕士学位论文微絮凝深床过滤一超滤组合工艺深度处理印染废水研究 在悬浮生长工艺中，通过适当的搅拌方法使得起处理作用的微生物悬浮在液 体中。在当前废水处理中，最常用的悬浮生长工艺是活性污泥法。活性污泥法于 1 9 1 3 年由c l a r k 和g a g e l 7 在英国曼彻斯特的l a w r e n c e 实验站，以及a r d e n 和 l o c k e r 在m a s s a c h u s e e t s s l 污水处理厂开创以来，已有9 0 多年的历史，由于涉及 到在好氧条件下可稳定废物的活性微生物产生，故将此方法命名为活性污泥法。 在附着生长工艺中，转化有机物或营养物的微生物附着生长在一种惰性填料 上，并在其上形成膜状生物污泥，即生物膜。污水与生物膜接触，污水中的有机 污染物，作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自 身也得到繁衍增殖。迄今为止，属于附着生长工艺的方法有生物滤池、生物转盘、 生物接触氧化池和生物流化床等。 生物处理法是印染废水处理中一种被普遍采用的方法，对废水中可生物降解 物质的去除效果较好1 9 - 1 2 】。但是，由于印染工业中使用的大部分染料和化学物质 的可生化性很差，而且这些染料物质对好氧生物处理还具有抵抗作用，因此单单 采用生物处理通常不能取得很好的效果。如果在生物处理系统中加入一些吸附物 质，如膨润土或粉末活性炭等【9 , 1 3 - 1 4 】，这样可以更好地去除印染废水中的一些难 生物降解物质和对微生物具有毒性的物质，从而降低对微生物的不利影响，同时 也可以联合如化学氧化处理等其它处理工艺【1 5 - 1 7 1 ，以取得较好的处理效果。 1 3 2 物理化学法 1 3 2 1 混凝法 混凝法是利用絮凝剂的凝聚和絮凝作用，去除水中的胶体以及悬浮物质的方 法，通过絮凝作用，可以降低废水的浊度、色度等感官指标以及有毒有害物质， 对废水的c o d 也有一定的去除作用，对含有大量s s 和胶体物质的废水具有较 好的处理效果。对于印染废水，混凝法主要用于废水的预处理，最终处理和深度 处理。资料表明，混凝法用于印染废水处理能够有效地去除废水中的不溶性染料 物质【l 引，但是对可溶性染料物质基本没有去除作用。 1 3 2 2 吸附法 吸附法就是利用多孔性的固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附在固 体表面而去除的方法。在废水高级处理中应用最普遍的吸附剂是活性炭，活性炭 吸附处理是一种已经得到广泛接受并被认为是一种常规生物处理装置出水的精 制过程，但是，迄今为止，活性炭吸附工艺在印染废水处理中并未得到普遍应用。 虽然活性炭吸附工艺对印染废水中溶解性有机物的去除非常有效，而且对废水的 色度去除效果也较好【1 9 。2 1 】，但是由于活性炭价格较高，很大程度上限制了其在印 染废水深度处理回用领域中的广泛应用。 4 东华大学硕士学位论文微絮凝深床过滤一超滤组合工艺深度处理印染废水研究 1 3 3 氧化法 1 3 3 1 臭氧氧化法 目前，臭氧工艺被广泛应用于工业废水处理中【2 2 1 ，用于印染废水处理，主要 是用来脱色。一般认为，染料的颜色是由于染料分子中有不饱和原子团存在，能 吸收一部分可见光的缘故。臭氧可以打开染料分子的不饱和键，最后生成有机酸 和醛类等分子较小的物质，达到脱色的目的。采用臭氧氧化法脱色，能将含活性 染料、阳离子染料、酸性染料、直接染料等水溶性染料的废水几乎完全脱色，对 不溶于水的分散染料也能获得良好的脱色效果，但对硫化、还原等不溶于水的染 料，脱色效果很差f 2 引。另外，单独使用臭氧工艺一般不会伴随废水c o d 的大幅 度降低【2 4 五6 1 ，而且安装臭氧发生装置还需增加额外费用【2 7 1 。 1 3 3 2 电解氧化法 废水进行电解反应时，废水中的有毒物质在阳极和阴极分别进行氧化还原反 应，结果产生新物质，这些新物质在电解过程中或沉积于电极表面，或沉淀下来， 或生成气体从水中逸出，从而降低了废水中有毒物质的浓度。 以铁作为电极，采用电解法循环处理印染废水【2 8 。3 们，虽然工艺过程对废水体 积变化和污染物负荷适应性强，而且脱色效果也较好，但是处理过程中会形成氢 氧化铁污泥，从而限制了其在印染废水处理中的应用。 1 3 3 3 高级氧化法 高级氧化工艺一般涉及到发生和利用游离羟基( o h ) 作为强氧化剂破坏常 规氧化剂、臭氧和氯不能氧化的化合物。与其它氧化物相比，羟基几乎可不受任 何约束的将现存的所有还原物质氧化成为特殊的化合物或化合物的基团。 目前，用于生产反应性自由羟基基团o h 的技术有臭氧基工艺和非臭氧基工 艺，但是只有臭氧紫外线，臭氧过氧化氢，臭氧紫外线过氧化氢和过氧化氢 紫外线等技术处于工业化应用中【3 。采用高级氧化工艺处理印染废水，不仅废水 的c o d 和色度去除效果明显【3 2 。5 1 ，而且不会产生二次废物，但是由于发生羟基 基团所需要的臭氧或紫外线或过氧化氢的成本太耐珀j ，因此高级氧化工艺通常只 应用于印染废水处理后消毒或c o d 浓度较低的废水中。 1 3 4 组合工艺及其它处理工艺 印染废水含有的污染物成分复杂，色度相对较高，含有染料、助剂、表面活 性剂、纤维杂质等，而且可生化性较差，无论生物处理法，物理化学法，还是氧 化法，单依靠其中任何一种处理方法对废水的净化效果均具有一定的限度，不能 期望采用其中一种方法就可以达到相应的标准要求，因此，根据处理废水的水质 特征、排放要求以及投资状况等要求，可以考虑科学的将单一处理工艺进行优化 东华大学硕士学位论文 微絮凝深床过滤一超滤组合t 艺深度处理印染废水研究 组合，从而达到预期的净化要求。 以生物处理为主，再辅以物理化学方法处理的工艺是目前印染废水处理应用 比较广泛的处理方法1 3 7 - 4 2 j ，但是，为了满足更严格的排放标准和回用水的水质要 求，传统的二级处理工艺后面就必须加上深度处理工型4 5 1 ，以去除传统二级处 理工艺不可能去除的污染物。 另外，为了寻求能够高效去除印染废水中生物难降解物质和氮磷等营养物质 的方法，国内外学者和工程师相继开发了一些新技术和新工艺，如电絮凝技术 4 6 - 4 7 】、超声波技术【4 8 4 9 1 、坡面漫流技术例及生物活性炭工艺【5 l - 5 2 】等，但是，这些 新技术和新工艺目前还处在实验室研究阶段，要实际广泛应用还需进一步研究。 1 4 过滤技术在印染废水深度处理中应用研究现状及进展 在废水深度处理技术中，过滤技术是最普遍采用的一种技术。常用的过滤工 艺一般可分为三种类型：深床过滤、表面过滤和膜过滤，具体分类方法见图1 1 。 在深床过滤过程中，悬浮物被截留在滤床的内部或表面而得以去除，而在表面和 膜过滤过程中，悬浮物主要是通过过滤表面或薄膜去除，如图1 2 所示【5 3 】。过滤 不仅可以进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度 降低而被部分去除。 慢 过滤 深床过滤表面过滤膜过滤 iiiiilil 砂滤快速可压间歇式循环式微滤超滤纳滤反捏 缩多孔介多孔介多孔介 质过滤质过滤质过滤 i 府j 、l 合种赳 点悬浮物过滤或筛滤 的实验室 过滤器 图1 1 用于废水处理的过滤工艺分类 f i g u r e1 - 1c l a s s i f i c a t i o no ff i l t r a t i o np r o c e s s e si nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t 6 透 东华大学硕士学位论文微絮凝深床过滤一超滤组合工艺深度处理印染废水研究 膜 ( a ) 深床过滤( d e p t hf i l t r a t i o n ) ( b ) 表面过滤( s u r f a c ef i l t r a t i o n ) 图1 2 过滤工艺定义简图 f i g u r e1 - 2d e f i n i t i o ns k e t c hf o rf i l t r a t i o np r o c e s s e s 1 4 1 深床过滤技术原理及研究进展 深床过滤是一种使液体通过由某种颗粒或是可压缩滤料组成的滤床去除悬 浮颗粒物质的方法。虽然深床过滤技术目前主要用于给水和微污染水处理中，但 用于废水二级处理工艺出水的过滤操作也越来越普遍，它可以作为一个调节过程 用于加强过滤出水的消毒效果，同时也可用于膜过滤的预处理。 1 4 1 1 深床过滤去除污染物机理 在颗粒滤料过滤器过滤过程中，当进入过滤器的悬浮物颗粒尺寸大于滤料的 孔隙尺寸时，悬浮物就会被筛滤去除，但是，众多研究表明，部分尺寸小于滤料 孔隙尺寸的悬浮物也能被滤层截留下来，而且在滤层深处也会被截留，这就说明 过滤不仅仅是机械筛滤作用的结果，而是多种作用力的共同结果。 在过滤过程中，颗粒物的去除依赖于由颗粒物与滤料之间的接触导致的迁移 过程，以及之后颗粒物在滤料表面的附着过程【5 年5 5 1 ，其中包括一系列复杂的作用 机理，许多研究者对液体中的颗粒物与滤料之间的相互作用做了深入的研究 1 5 6 - 5 7 1 。目前已被接受的颗粒物过滤去除机理主要是隔滤、沉淀、碰撞、截留、黏 附和絮凝( 见图1 3 ) ，而在生物处理工艺二次沉淀池出水过滤工艺中，隔滤被认 为是悬浮物去除的主要机理【5 引，其它去除机理，尽管它们的作用很小，并且通常 被隔滤作用所掩盖，但也是有效果的。 1 4 1 2 深床过滤技术研究进展 以粒状材料为滤料的传统深层过滤技术，在漫长的1 5 0 多年发展过程中，经 历了慢滤池一快滤池一多层滤料滤池等三个发展阶例删。 7 东华大学硕上学位论文 微絮凝深床过滤一超滤组合t 艺深度处理印染废水研究 慢滤池滤料粒径小，滤速很低，但是过滤精度高，不仅能截留水中的悬浮固 体，而且还能够有效的去除胶体和细菌，但因其滤速太低，占地面积大，加之滤 料人工清洗工作繁重，已逐渐被淘汰。 快滤池滤速较高，与慢滤池相比，它增加了过滤出水携带悬浮固体和细菌的 机率，降低了出水水质，而且在反冲洗过后，滤料会沿水流方向呈现粒径由4 , n 大分布，致使快滤池的滤速、过滤效率和截污容量都难以得到大幅度提高。 一般说来，慢滤池和快滤池使用的滤料都是单一滤料，当滤料经反冲洗后， 滤层因膨胀而分层，表层滤料粒径最小，比表面积最大，截留悬浮颗粒物也最多， 而滤料f o j 孑l 隙尺寸又最小。为了改变上细下粗的滤层中杂质分布严重不均匀的现 象，提高滤层含污能力，由不同密度和粒径组成的双层和三层滤料滤池在上世纪 五十年代出现了。它基本实现了水流方向滤料粒径由大n 4 , j i l 页序分布的深层过滤 技术，使得滤速、过滤效率和截污容量得到了大幅度的提高。 从历史角度看，为废水处理而开发的第一台深床过滤器是慢速砂滤器，典型 滤速为3 0 - - 一6 0 l ( m 2 m i n ) 1 6 1 - 6 2 1 。但是，最近2 0 年来，用于二级处理出水过滤 处理的深层过滤器发展很快，在废水过滤处理中，最常用的有如下五种形式：( 1 ) 下流式传统型过滤器；( 2 ) 下流式深层过滤器；( 3 ) 上流式连续反洗深床过滤器； ( 4 ) 脉冲床过滤器；( 5 ) 移动桥式过滤器。 纤维滤料过滤器属于下流式深层过滤器，是一种以人为加工的材料为滤料的 过滤器，首先在日本开发成功，目前已经应用于废水的过滤处理。由于纤维滤料 孔隙率很高，未压实的准球形滤料本身孔隙率可达8 8 - - 9 0 ，以其制作的滤 床孔隙率约为9 4