（环境工程专业论文）综合印染废水abr水解特性及处理效果研究.pdf

东南大学学论文独创性；y 忉i 753605iiiiiilll 1i i l lui i i l l l l i i i i iu l 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明 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： 2 赵照z 遂导师签名；鱼蒸竺翻 期：叠，。 ( 4 ) a b p 反应器可有效提高印染废水可生化性，平均b c 可由进水不足0 2 4 升至出水的 0 4 左右，提高了废水的可生化性，减轻了后序好氧处理的负担。 ( 5 ) a b r 活性污泥与失活污泥相比表现出了良好的脱色效果，2 h 、1 2 h 、6 d 脱色率分别 为7 8 2 、8 6 0 、9 8 9 ( 6 ) 由于反应器较好的截留特点和较高的污泥浓度，使a b r 反应器在低温环境下依旧保 持了较稳定的处理效果，在水力停留时间为1 6 h 水温1 5 时c o d 去除率仅比3 0 时下降 了3 9 左右。 通过g c - m s 分析可知，经过a b r 反应器后出水有机物种类减少，特别是烷烃的 种类明显减少，由进水1 3 种减少到5 种醇类和其他未知有机物增加，其中增加的醇类为 胆甾烷- 3 p 醇，为微生物代谢产物。这表明，水解酸化过程中微生物表现出正常的代谢活动， 使复杂有机物或大分子有机物分解成中间产物，为后续有机物的深度降解奠定了基础 ( 8 ) 强化处理阶段，在降低进水污染物浓度并向反应器内投加粉末活性炭后可以加强污 泥沉降性能，改善出水水质 关键词：a b r 反应器；印染废水；生产规模研究 a b s t r a c t a b s t r a c t p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e rc o n t a i n sc o m p l e xc o m p o s i t i o n , c o l o ra n da s m a l la m o u n to f h i g h - t o x i cs u b s t a n c e s ，w h i c hi sd i f f i c u l tt ob eb i o 卅l e g r a d a t e d i nt h i ss t u d y , w i t ha b rr e a c t o r a d o p t e d , l a r g e - s c a l ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c hw s sp e r f o r m e db ys t u d y i n gt h ei n t e g r a t e dp r i n t i n ga n d i nc h a n g s h uc i t y 1 1 1 ep r o c e s s i n ge f f e c to fa b ra n di t sr e m o v a lc h a r a c t e r i s t i c so nt h em a j o r p o l l u t a n t so ft 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 t h ef o l l o w i n gm a i nc o n c l u s i o n sa r ed r a w nf r o m t h er e s e a r c h ： ( 1 ) a b r 托跏i so fg o o da p p l i c a b i l i t yf o rp r o c e s s i n gi n t e g r a t e dp r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r i tc a nb es t a r t e dv e r yf a s t w h e nt h ew a yo ft h eo r i g i n a li n o c u l a t i o ns l u d g ea n dl o n g h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ei sa d o p t e d ，i to n l yt a k e s4 0d a y st os t a r taa b r r e a c t o rs t r , c x , 燧f u l l y ( 2 ) u n d e rd i f f e r e n th y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ，c o dh a v eb e t t e ru e a t m e n te f f e c tc o m p a r e dt o a b r ms h o r t e rt h er e t e n t i o nt i m ei s ，t h el o w e rt h ec o dr e m o v a lr a t eb e c o m e s w h e nt h e h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ei sw i t h i nt h es c o p eo f3 6 h 一1 6 ht i m e ，t h ed e c r e a s eo ft h ec o d r e m o v a l r a t ew a sn o to b v i o u s a n dt h ec o d 锄s t i l lm a i n t a i nar e l a t i v e l ys t a b l et r e a t m e n te f f e c t a b r r e a c t o rh a sg o o dc o l o rr e m o v a le f f e c t a l o n gw i t ht h eh y d r a u l i cr e s i d e n c et i m eb e i n gs h o r t e n e d , a l t h o u g ht h ec o l o rr e m o v a lr a t ed e m o n s t r a t e sat r e n do fd e c l i n i n g , b u tt h ee x t e n to ft h ed e l i n i n g i s n tb i g w h e nt h er e t e n t i o nt i m ei s1 2 h , ac o l o rr e m o v a lr a t ew h i c hi sm o r et h a n6 0 c a ns t i l lb e m a i n t a i n e d ( 3 ) a b rr e a c t o rr e m o v a lr a t ed i f f e r sg r e a t l yf r o mo n ec h a m b e rt oa n o t h e r t h eh i g h e s t r e m o v a lr a t eo fa b rr e a c t o ri st h ef i r s t 鲥dc h a m b e r , w h i c hc o m p r i s e s5 9 一- 7 2 o ft h et o t a l r e m o v a lr a t eo rs o ( 4 ) a b rr e a c t o rc a ne f f e c t i v e l yi m p r o v et h eb i o d e g r a d a b i l i t yo fd y e i n gw a s t e w a t e r t h e a v e r a g eb cc o u l db ei n c r e a s e df r o mi n p u tw a t e rb e i n gl e s st h a n0 2 4t oo u t p u tw a t e rb e i n g a r o u n d0 4 ，w h i c hm e a n st h eb i o d e g r a d a b i l i t yo f w a s t e w a t e rh a sb e e ni m p r o v e da n dt h eb u r d e no f p o s t - a e r o b i ct r e a t m e n ts e q u e n c eh a sb e e nr e d u c e d 5 ) c o m p a r e w i t hd e a c t i v a t i o n s l u d g e ，a b ra c t i v a t e ds l u d g ed e m o n s t r a t e dg o o d d e c o l o r i z a t i o ne f f e c t d e c o l o r i z a t i o nr a t e sf o r2 h , 1 2 l l 6 dw e 他7 8 2 8 6 o i9 8 9 r e s p e c t i v e l y ( 6 ) b e c a u s eo f b e t t e rr e t e n t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dah i g h e r s l u d g ec o n c e n t r a t i o no f t h er e a c t o r , t h ea b rr e a c t o rs t i l lm a i n t a i n e dar e l a t i v e l ys t a b l et r e a t m e n te f f e c ti n l o w - t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n tw h e nt h eh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ew a s1 6 ha n dt h et e m p e r a t u r ew a s1 5 ，t h ec o d r e m o v a lr a t ed e c r e a s e db yo n l ya b o u t3 9 c o m p a r e dt ot h er a t ew h e nt h et e m p e r a t u r ew a s3 0 7 ) g a sc h r o m a t o g r a p h y ( g c ) a n a l y s i si n d i c a t e st h a tt h en u m b e ro fe f f l u e n to r g a n i cs p e c i e s i no u t p u tw a t e td e c l i n e s ，a n de s p e c i a l l yt h en u m b e ro ft h es p e c i e so fa l k a n e ss i g n i f i c a n t l y d e c r e a c e d , f r o m1 3k i n d st o5 1 1 圮s p e c i e so fa l c o h o la n do t h e ru n k n o w no r g a n i cm a t t e r s i n c r e a s e d t h en e wa l c o h o ls p e c i e sw a sc h o l e s t a n e 一3 阳l - o r g a n i cm a t t e r sp r o d u c t i o ni n d i c a t e d t h a tm i c r o o r g a n i s mc a t a b o l i s ma c t i v i t yw a sn o r m a l ，w h i c hm a d et h ec o m p l e xo r g a n i cm e t t e r sa n d b i g - m o l e c u l eo r g a n i cm a t t e r sb ed e c o m p o s e di n t oi n t e r m e d i a t ep r o d u c t , a n dt h a tl a i dd o w nt h e f o u n d a t i o nf o rt h es u b s e q u e n td e e pd e g r a d a t i o no fo r g a n i cm a t t e r s ( 8 ) d u r i n gt h es t r e n g t h e n i n gp r o c e s s i n gs t a g e ，r e d u c i n gt h ep o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o ni nt h e i n p u tw a t e ra n da d d i n gi nt h er e a c t o rp o w d e r e da c t i v a t e dc a r b o nc a ne f l h a n c et h ep e r f o r m a n c eo f s l u d g es e d i m e n t a t i o na n di m p r o v eq u a l i t yo f t h eo u t p u tw a t e r h 摘要 k e yw o r d s ：a b rr e a c t o r ；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 ep i l o ts t u d y i l l 东南大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目两乏。l v l 绪论1 1 1 印染业发展现状1 1 2 印染废水概述1 1 2 1 印染废水的组成及特性。l 1 2 2 印染废水处理技术2 l3 废水厌氧水解处理工艺4 1 3 1 厌氧基本原理4 1 3 2 厌氧水解酸化工艺机理5 1 4 a b r 发展概述。6 1 4 i a b r 反应器产生。6 1 4 2 a b r 反应器工作原理 1 4 3 a b r 工艺特点6 1 4 4 a b r 反应器结构。8 1 4 5 国内外研究现状1 0 1 4 6 a b r 反应器研究的不足l o 1 5 课题研究目标及内容。l o 1 5 1 研究目标l o 1 5 2 研究内容lo 2 试验设计1 2 2 1 试验设计方案1 2 2 2 试验装置及流程 2 3 试验用水 1 2 1 3 2 4 试验仪器及分析方法1 4 2 4 1 试验仪器1 4 2 4 2 试验测定项目和方法1 4 3 反应器启动1 7 3 1 反应器启动与污泥接种、驯化 3 1 1 启动方式17 3 1 2 接种污泥选取1 7 3 2 启动过程l7 3 2 1 启动初期l7 3 2 2 启动中期及稳定期1 8 3 3 启动期运行结果及分析1 9 3 3 1c o d 变化。1 9 3 3 2b o d 5 变化2 0 3 4 本章小结。2 0 4 反应器稳定运行2 l i v 4 6 2a b r 反应器内投加粉末活性炭3 7 4 7 本章小结。3 8 5 缺氧水解污泥对偶氮染料酸性大红的去除效果研究3 9 5 1 材料与方法3 9 5 1 1 染料3 9 5 1 2 营养液及模拟染料废水3 9 5 1 3 污泥来源4 0 5 1 4 试验装置4 0 5 1 5 试验方案。 5 1 6 试验仪器与分析方法 5 2 分析 一4 l 4 1 5 2 1 脱色效果4 l 5 2 2c o d 去除效果。4 4 5 2 - 3 反应混合液p h 值变化4 4 5 3 本章小结 6 结论与建议 6 1 结论4 6 6 2 建议，炻 致谢4 7 参考文献4 8 硕士期间发表论文5 4 v 绪论 1 绪论 1 1 印染业发展现状 纺织印染业在我国已有一个多世纪的历史，是我国历史最悠久的支柱产业之一。早在 上世纪7 0 年代初，纺织印染业就已经成为一个门类较为齐全、布局较为合理、原料和设备 基本立足于国内、生产技术达到一定水平的工业部门。 自1 9 7 8 年党的十一届三中全会以来，我国的纺织印染业也进入了高速发展时期。从1 9 7 8 年到1 9 9 5 年间，纺织印染业累计实现利税3 8 0 0 亿元，出口创汇2 3 3 4 5 亿美元( 净创汇l1 0 5 亿美元) ，吸纳就业人数约1 0 0 0 万人。1 9 9 5 年，纺织印染工业总产值为5 9 8 6 亿元，到2 0 0 0 年则达到7 0 7 1 亿元i l j 。然而，纺织印染业飞速发展带来经济进步的同时也给环境带来了一 定的影响。 1 2 印染废水概述 1 2 1 印染废水的组成及特性 纺织印染行业为湿法加工行业，生产过程中用水量较大。1 9 9 9 年全国国有纺织印染企 业和销售额5 0 0 万元以上的非国有纺织企业新鲜用水量约为1 8 亿m 3 ，印染废水是各类纺织 印染企业生产过程中排放的各种废水的总称。主要包括前处理、染色、印花和整理四部分 2 1 ： ( 1 ) 前处理废水 退浆废水 退浆是指用化学药剂( 主要为烧碱) 将织物上所带浆料除去的工艺。在棉、麻和合成纤维 混纺织物的退浆废水中含有淀粉、海藻胶和竣甲基纤维素、聚乙烯醇等各类浆料，另外，还 含有润滑剂、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 浓度都很高。尽 管废水量不大，但污染严重，是印染废水有机物的主要来源。 煮炼废水 煮炼是指采用热碱液和肥皂等表面活性剂去除纤维中棉蜡、油脂、果胶等杂质的过程。 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 均高达数千 m g l ，是污染最严重的一道工序 漂白废水 漂白是指用次氯酸钠、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 的过程。漂白废水含残余漂白剂，b o d 5 浓度较低，其特点是水量大，污染较轻。 丝光废水 为提高纤维光泽和对染料的吸收效果，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， 但碱性强，p h 值可达1 2 1 3 ，b o d 5 浓度是整个染整工序中最低的。 ( 2 ) 染色废水 染色废水的污染物主要有染料、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 东南大学硕士学位论文 不同，故染色废水水质变化大、色泽深、碱性强，且可生化降解性差。 ( 3 ) 印花废水 印花废水主要来自配色调浆、印花滚筒或筛网的冲洗废水，以及印花花布的水洗和皂 洗等。由于印花中的浆料用量比染料用量多几倍到几十倍，故印花废水除含染料、助剂外， 还含有大量浆料，其c o d 和b o d 5 浓度都较高。 “) 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 浓度较高，但废水 量很小，对整个废水的水质影响不大。 1 2 2 印染废水处理技术 由于印染行业的工艺特点，约有1 0 左右的染料在染色过程中随废水流失f 3 l 。大量未经 处理或处理不达标的印染废水排放到地表水体，不仅会带来感官上的不悦感，也会给整个水 生生态系统带来破坏性影响1 4 , 5 l ，其高毒性也会威胁人类的生存与健康【6 7 1 。印染废水组分差 异明显，有机物含量高，且大多为芳烃和杂环化合物，故生化性极差。且染料成份随着市场 需求而变化，其水质、水量变化很大，还具有间歇性排放的特点，属较难处理的工业废水 目前，国内外对印染废水的处理主要包括化学、物化和生物法等三大类方法嗍。 ( 1 ) 化学法 化学法是指通过化学药剂等化学手段对废水进行处理的方法。印染废水处理方面主要 包括化学混凝、化学氧化、光化学催化、电化学法等。国内外针对印染废水化学处理的研究 并不少见，并已取得了很多成果。李荣庭掣9 l 采用聚二甲基二烯丙基氯化铵( p d m d a a c ) 及 其复合絮凝剂处理不同浓度的直接耐酸大红4 b s 、酸性湖兰a 、直接黄棕n d 3 g 和碱性玫 瑰精b 四种模拟印染废水，结果表明，在偏碱性条件下絮凝剂对前三种染料都表现出良好 的去除效果，去除率为6 0 0 , 4 - - - 9 5 7 0 ，对玫瑰精b 基本没有去除作用。但在双氧水作用下 对玫瑰精b 的去除率可高达9 0 3 0 。陈院华等【l o l 采用改性后的废铁屑与粉煤灰对印染废水 进行处理，在原水c o d 浓度为3 m o m g l 的情况下，出水c o d 去除率可达8 4 8 5 。范迪 等l l l 】利用新型复合混凝脱色剂s e 处理印染废水，结果表明，s e 产生的絮体大而密实、沉 降速度快、泥量少，对c o d 和色度的最好去除率分别为8 3 和9 4 苏玫舒等1 1 2 j 利用混凝 氧化法对某印染厂废水处理表明，在p a c 和c l t h 投加量分别为10 0 m g l 和6 0 m g l 的情 况下，c o d 、色度、s s 的平均去除率分别为8 5 2 、9 3 7 和7 1 4 。张艮林等【l3 j 在微波功 率5 0 0 w ，辐射处理i m i n 的最佳条件下处理印染废水，色度和c o d 去除率分别高达9 8 和 9 5 9 6 徐高田掣j 利用纳米t i 0 2 光催化技术处理印染废水，在最佳工况下，废水c o d 及色度的去除率可分别达到3 5 和7 0 以上。储金宇掣1 5 j 在p h 值为5 、铁炭质量比5 ：l 、 反应时问6 0 i n i l l 、曝气量0 4 l m i n 的情况下研究表明，铁屑微电解法对印染废水c o d 和色 度的去除率分别高达6 5 和9 1 以上。朱丽楠等1 1 6 1 采用高压脉冲电场中活性氧化铝滴滤床 对印染废水脱色试验表明，在适合的条件下，对亚甲基蓝的去除率可达6 7 6 8 ，同时，随 电压的增加、流速的减小、初始浓度的减小、p h 值的增加和空气的通入，亚甲基蓝的分解 效率会得到不同程度的增强。 ( 2 ) 物化法 物理化学法是通过物理化学过程来处理废水以除去污染物质的方法。用于印染废水物 化处理的方法主要包括吸附、膜分离等。杨泽志等i i7 j 以陶瓷动态膜微滤技术为基础，对印 染废水的二沉池出水进行处理，经微滤一混凝一膜过滤活性炭处理后，c o d 去除率高达 $ 5 - - - 9 0 ，出水色度和浊度均为0 ，能够达到工艺回用标准。徐竟成等【18 】利用微絮凝微 滤作为反渗透的预处理工艺，用于印染废水二级生化出水回用深度处理。总脱盐率达到9 5 2 绪论 以上，c o d 出水浓度小于6 0 m g 几，符合回用标准。郭向利等l l9 j 以抗锦2 。土为原料制成高效 印染废水脱色材料，在材料投加量5 9 l 、作用1 0 m i n 的静态试验中，对初始浓度为0 i m o f l 的活性红、分散红和还原红的脱色率均在9 0 以上；对实际印染废水的脱色率更是高达9 5 以上。为了提高吸附材料的重复利用率，郭向利等1 2 0 j 以凹凸棒石矿物为原料，制备了印染 废水颗粒脱色材料，当材料吸附饱和后经硫酸铵溶液浸泡和煅烧后可重复使用1 5 次以上。 m a r c u c c i 等1 2 i j 对比了u f + n f 与u f + r o 工艺对印染废水的深度处理效果，结果表明，u f + r o 处理出水水质良好，基本可以回用为任一工序用水，u f + n f 工艺虽然在处理效果上不及 u f + r o 出水，但运行成本相对较为低廉。r o 历1 2 2 j 对印染废水二级处理出水采用微滤+ 纳滤 深度处理表明，当进水c o d 浓度平均值为1 2 5 7 m g l 的情况下，纳滤最终出水平均c o d 浓度为2 4 m g l 左右，去除率为6 8 6 3 ，能够满足回用要求。 ( 3 ) 生物法 生物法是主要依靠微生物的新陈代谢作用及微生物絮体对污染物的吸附作用来去除废 水中有机污染物的一种废水处理方法。虽然采用化学及物化方法处理印染废水能获得较好的 处理效果，但由于部分方法存在只实现了污染物空间位置的转移，并未实现真正的降解，且 运行费用相对高昂等问题，因此很难适合大规模应用。而微生物具有繁殖速率快，适应性强， 成本低廉等特点，因此，诸多学者都致力于印染废水的生物处理研究。 传统生物处理技术 吴慧芳等 2 3 1 采用a b r 水解一生物接触氧化工艺处理印染废水的研究表明，在水解反应 器水力停留时间为1 2 h 的条件下，水解出水色度可达到纺织染整行业一级排放标准，最终出 水c o d 达到行业二级标准。谭立国等【2 4 】采用c s b r _ 一混凝沉淀组合工艺处理印染废水，出 水可达到行业二级标准。谢春生等瞄j 利用曝气生物滤池对印染废水处理厂出水进行深度处 理，在水力负荷为1 0 2 m 3 ，m 2 h 时，对c o d 的去除率为3 1 4 ，曝气生物滤池出水再经过纳 滤系统后可回用作印染工艺用水。金一中等【2 6 j 采用水解酸化s b r 工艺处理印染废水，结 果表明，在水解池停留时间为胁的情况下，系统出水c o d 浓度、色度去除率分别为8 9 9 和7 0 肖文胜等1 27 】利用水解酸化一曝气生物滤池处理印染废水，在水解池和好氧池停留 时间分别为8 h - v 1 2 h 与l h - 2 h 的条件下，对c o d 、b o d 、s s 及色度的去除率分别为8 4 3 、 9 2 、6 9 6 和8 6 4 。计建洪等1 2 嘲采用物化a 0 2 工艺处理棉涤混纺布印染废水，在原水 c o d 、s s 、色度分别为1 5 0 0 m g l 、3 0 0 m g i 和6 0 0 倍的情况下，出水c o d 、s s 及色度分 别小于6 5m g l 、5 0 m g l 和4 0 倍a nh u r e n 等 2 9 1 采用u a s b 一好氧工艺处理模拟印染废水， 结果表明，在原水c o d 和色度分别为1 2 0 0 m g l 及5 0 0 倍，厌氧与好氧反应器停留时间分 别为6 h 1 0 h 与6 5 h 的情况下，系统对c o d 和色度的去除率分别高达8 3 与9 0 。s p o n z a 等o o 利用u a s b 好氧( c s t r ) t 艺处理偶氮染料活性黑5 模拟印染废水，在原水c o d 浓度为3 0 0 0 m g i 的情况下，最终出水c o d 去除率高达9 6 ，同时研究还表明，约有9 8 的染料分子是在厌氧阶段去除的，而8 5 9 5 的c o d 去除发生在好氧阶段。吴慧芳等p l l 采用a b r 水解生物接触氧化工艺处理印染废水，在停留时间为1 2 h 的条件下，水解出水 色度可达到行业一级排放标准，总色度及c o d 去除率分别为9 2 和8 6 6 。孔火良等0 2 1 试 验研究表明，采用a b r 水解反应器处理印染废水，在停留时间为8 h ，温度为5 c 的条件下， 水解出水色度不大于4 0 倍。水温在5 c 、9 7 、1 4 9 c 、2 3 5 和3 1 1 的情况下，c o d 的去除率分别为3 4 6 、4 7 5 、5 0 、5 3 3 、5 4 7 和5 8 1 ，这表明在低温下，a b r 水 解反应器仍能保持良好的c o d 去除效果。 微生物强化技术 随着生物工程技术的发展，越来越多的研究者开始微生物脱色方面的研究。由于可分 泌出具有脱色功效的酶，y o u n g 等 3 3 , 3 4 】研究表明白腐菌具有良好的脱色作用。i t o h 等阱】研究 发现，在转速1 2 0 r m i n ，温度2 4 ( 2 的中性条件下，真菌c o r i o l u sv e r s i c o l o r 几乎可将浓度为 3 东南大学硕士学位论文 1 0 0 u m o l l 的l ，4 _ 二羟基葸醌完全降解。通过对1 0 3 株白腐菌对比试验表明，l r p e xl a c t e u s 和p l e u r o t u so s t r e a t u s 具有较高的降解速率 3 b j o 任随周掣3 7 j 从处理实际印染废水的a b r 反应 器中检出脱色菌1 7 4 株，苯胺降解菌2 3 1 株，并且发现，脱色菌在a b r 不同格室中的数量 呈现前端格室相对较多，后端格室相对较少的分布趋势。尽管众多菌种对人工合成染料都有 降解作用，但降解速率受染料分子结构和菌种的特性影响p 射。 膜生物反应器处理技术 膜生物反应器是传统活性污泥法与膜分离技术有机结合的一种新型污水处理技术。不 但可以在反应器中驯化出某些用于脱色的专性菌，膜组件还可以截留许多未及时降解的大分 子物质，通过增加停留时间来改善对其降解效果。虽然应用膜生物技术处理印染废水在我国 起步较晚，但发展十分迅速 3 9 , 4 0 1 。熊小京等【4 l j 研究表明，p h 为4 0 的酸性条件有利于好氧 膜生物反应器脱色，最佳脱色率可达7 2 7 孙建国等1 4 2 j 采用复合膜生物反应器处理棉印染 废水得出，在c o d 容积负荷为1 1 6 一, 2 8 9 k g m 3 d ，污泥负荷为0 1 3 - - 0 2 7 k g k g d 时，c o d 、 色度的平均去除率为9 0 2 ，7 2 7 。而且当操作压力保持在0 0 1 6 m p a 以下时，系统出水 比较稳定，有利于减缓膜污染。陈英文等 4 3 j 研究了印染废水经高效混凝后再通过膜生物反 应器处理，c o d 去除率为9 6 2 ，浓度低于5 0 m e , n ，能够达到回用水标准。王涛等1 4 4 1 利用 好氧循环移动载体膜处理模拟印染废水得出，当进水c o d 浓度不大于2 5 0 0 m g n , 时，系统 出水c o d 平均去除率达9 6 3 ，色度平均去除率为8 5 。邱滔等附】采用膜生物反应器处理 印染废水，研究表明，当稀释比为l ：l ，水力停留时间为1 8 h ，p h 为7 5 8 5 ，m l s s 为s e n 时，出水c o d 去除率不低于7 0 0 6 。制约膜生物反应器推广的主要问题是膜污染，薛罡等【牾l 对比了混合纤维素膜和聚偏氟乙烯膜处理印染废水的处理效果和膜污染特征，结果表明，在 运行时间相同的条件下，聚偏氟乙烯膜抗污染能力要优于混合纤维素膜。郭雅妮等【4 7 l 采用 聚偏氟乙烯中空纤维微滤膜处理印染废水，结果表明，采用先物理后化学的清洗方法，可以 使膜通量恢复至9 0 以上 由于印染废水中含有大量染料分子、浆料及助染剂等大分子污染物，生化性极差，单 纯依靠好氧工艺很难将其完全去除。目前使用的人工染料中约有6 0 7 0 的染料为偶氮染 料，诸多研究表明，偶氮染料在好氧条件下难以去除，只有在厌氧或缺氧环境下才能得到降 解阿叫。v a nd e rz e e 掣如j 研究表明，虽然降解速率有所不同，但u a s b 中厌氧颗粒污泥对 酸性红2 6 6 、酸性黄1 3 7 、直接黑1 9 等2 0 种偶氮染料都具有降解作用，平均去除率不小于 9 5 研究还发现，对染料的降解速率与染料分子量之间没有明显正相关关系，这表明染料 的降解过程可能在细胞外完成a nh u r e n 等p 】采用u a s b 好氧工艺处理印染废水研究表 明，厌氧段在整个工艺中起到了非常重要的作用，不但去除了大部分c o d 和色度( 约6 0 的c o d 和8 0 的色度) ，还提高了废水的可生化性，为后续好氧处理创造了条件。因此，关 于印染废水厌氧水解的处理工艺日益受到研究人员的广泛关注 2 3 , 3 1 5 1 j 2 1 。 1 3 废水厌氧水解处理工艺 1 3 1 厌氧基本原理 从1 8 8 1 年m o u r a s 创造的处理生活污水污泥的自动净化器至今，废水厌氧生物处理技 术已经经历了近1 3 0 年的发展历史，但直到2 0 世纪5 0 年代以前，厌氧生物处理理论与技术 的发展仍相对缓慢。到了2 0 世纪7 0 年代，为了解决日益加重的能源短缺问题，人们开始把 目光投向了厌氧处理技术，这使厌氧生物处理的理论与技术取得了突破性的进展，尤其在解 决高浓度有机废水的处理方面发挥了不可替代的作用。 4 绪论 厌氧反应是一个非常复杂的、由多种微生物共同作用的生化过程。一般认为，有机物 厌氧消化过程分为酸性发酵和碱性发酵两个阶段1 5 3 1 ，见图1 1 。 新细胞新细胞 合成i 合成 亲嚣七m 二品眷盼伟嬷等七呲、 卜_ 渊r 斗 勰一 图1 1两阶段厌氧消化过程示意图 在第一阶段，复杂的有机物，如脂类、蛋白质等，在产酸菌( 厌氧和兼性厌氧菌) 的作用 下被分解为低分子的中间产物，主要是一些低分子的如乙酸、丙酸、丁酸等有机酸和醇类， 并且伴有h 2 、c 0 2 、h 2 s 等物质生成。在此阶段，有大量的脂肪酸产生，使反应液的p h 值 降低，所以，此阶段被称为酸性发酵阶段( 或称产酸阶段) 。 在第二阶段，专性厌氧菌一产甲烷菌将第一阶段产生的中间产物继续分解成甲烷和 c 0 2 等。由于有机酸在第二阶段不断被转化为甲烷和c 0 2 ，同时，系统中有n h 4 + 的存在， 使反应液的p h 值不断升高。所以，此阶段被称为碱性发酵阶段。 随着对厌氧微生物学研究的不断深入，人们对厌氧生物和生化过程的认识也不断发展， b r y a n t 提出了厌氧消化过程三阶段理论1 5 4 1 如图1 2 所示。 复杂有机 图l - 2 三阶段厌氧消化过程示意图 三阶段理论认为产甲烷菌不能利用除乙酸、h 2 、c o ：和甲醇以外的有机酸和醇类，长链 脂肪酸和醇类必须经过产氢产乙酸菌转化为乙酸、t 1 2 、c 0 2 后，才能被产甲烷菌利用 第一阶段为水解发酵阶段。在该阶段，复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下被分解 成简单的有机物。这些简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化成乙酸、丙 酸、丁酸等脂肪酸和醇类等。 第二阶段为产氢产乙酸阶段。在该阶段，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以外的 第一阶段产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸转化为乙酸和氢，并伴有c 0 2 的产生 第三阶段为产甲烷阶段。在该阶段，产甲烷菌将第一阶段和第二阶段产生的乙酸、h 2 和c 0 2 等转化为甲烷。 从两阶段理论发展到三阶段理论，直到后来的四种群说 5 3 1 ，是人们对有机物厌氧消化 认识不断深化的过程。也反映出厌氧消化是一个由多种微生物菌群协同作用的结果，是一个 极为复杂的生化过程。 1 3 2 厌氧水解酸化工艺机理 在厌氧处理系统中，存在着种类繁多，关系复杂的微生物区系。但在厌氧条件下，由 5 2 ， 东南大学硕士学位论文 于缺乏电子受体，微生物只能以内源电子受体进行有机物的降解。若一种微生物的发酵产物 不能被另一种微生物所利用，则其代谢无法持续下去1 5 3 , 5 5 l 。厌氧系统微生物可粗略分为两大 类：产甲烷菌和非产甲烷菌。甲烷菌是有机物厌氧降解食物链的最后环，且只能利用少数 几种简单化合物，所以必须要有非产甲烷菌将复杂有机物分解为产甲烷菌可直接利用的化合 物。由于非产甲烷菌降解复杂有机物的产物主要包括有机酸、h 2 、c 0 2 等物质，因而它们也 通常被称作产酸菌。虽然厌氧生物处理可以实现大量去除污染物的目的，但也存在着运行管 理较为复杂、对有机物的降解不够彻底等问题。因此，有时人们往往只希望将厌氧过程控制 在第一阶段，即水解产酸阶段。 水解酸化工艺是考虑到产甲烷菌与水解产酸菌生长速度，环境要求等不同，将厌氧处 理控制在反应时间较短的水解酸化阶段，即在大量水解细菌、产酸菌作用下将不溶性有机物 水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程。 水解酸化工艺作为各种生化处理的预处理工艺，可改进废水的可生化性，为废水的高效处理 创造良好的条件。 1 4 a b r 发展概述 1 4 1 a b r 反应器产生 a b r ( a n a e r o b i eb a f f l e dr e a c t o r ) 反应器是由斯坦福大学m c c a r t y 教授与其工作组成员共 同研究开发的一种新型厌氧反应器嗍。他们在研究厌氧生物转盘反应器时注意到，大部分 微生物在反应器中处于悬浮状态，当撤去转盘后a b r 反应器继而诞生了 1 4 2 a b r 反应器工作原理 a b r 使用一系列垂直安装的折流板，使被处理的废水在反应器内沿折流板作上下流动z = ： 在水流和产气的搅动下，进水中的底物与微生物充分接触而得以降解去除。现在使用的a b r 多采用上向流室加宽、下向流室变窄的结构形式，由于上向流室中水流的上升流速较小，可 使大量微生物固体被截留在上向流室内；在上向流室的进水一侧折流板的下部设置一个转 角，以避免水流进入该室时产生冲击，起到缓冲水流和均匀布水的作用，从而利于对微生物 固体的有效截留，利于微生物生长并保证处理效果。