（环境工程专业论文）生物生态组合工艺处理扎染废水试验研究.pdf

摘要 生物生态组合工艺处理扎染废水试验研究 东南大学 硕士研究生：邓靖导师：吕锡武教授 摘要 本文针对巍山县兴巍民族工艺厂扎染废水的特点和治理要求，对“格栅一水解调节池_ 厌氧折流板_ 生物滤池_ 跌水接触氧化池一垂直流人工湿地”组成的生物生态组合工艺进行 了研究，为该组合工艺的进一步优化和在大理州巍山县其他扎染企业中广泛推广提供技术依 据。 试验考察了各主要构筑物、组合工艺对扎染废水的处理效果以及生物滤池的影响因素， 包括：温度、水力负荷和回流比。重点考察了垂直流人工湿地的工艺性能，包括人工湿地垂 向沿程各污染物去除效果分析以及植物种类、植物收割、运行方式、水力停留时间对人工湿 地运行效果的影响。 主要结论如f ： l 、水解调节池对c o d 的平均去除率为2 2 2 7 ；厌氧折流板对c o d 的平均去除率为 3 9 6 3 ；生物滤池对c o d 的平均去除率为2 3 3 ，对n h 4 + - n 的平均去除率为1 8 8 9 ，对 t n 的平均去除率仅为1 1 2 5 ；跌水接触氧化池对c o d 的平均去除率为3 1 2 8 ，对n h 4 + - n 的平均去除率为2 3 9 1 ，对t n 的平均去除率仅为8 1 2 。 2 、生物滤池c o d 和n h 4 + - n 的去除率均随着温度的升高而增大，随着水力负荷的增加 而下降，其中n h 4 + - n 的去除率受温度和水力负荷的影响较为显著；c o d 和n r t 4 + - n 去除率 均随着回流比的增加而显著增加，而回流比对 i n 去除率的影响并不显著。 3 、在垂直流人工湿地中，芦苇和美人蕉对扎染废水的净化能力较强；植物收割对污染 物的去除效果有较大的影响，应当选择合适的季节收割植物；湿地轮换运行可以明显提高湿 地的处理效果；试验还对水力停留时间对湿地处理效果的影响进行了研究，结果表明，各污 染物指标的去除率均随着水力停留时间的延长而譬现出先增加后降低的趋势；通过对垂直流 人工湿地垂向沿程各指标去除效果的分析，布水管至布水管i - 2 0 c m 基质层内是废水大气复 氧最活跃的基质层，c o d 、n h 4 + - n 、t n 、t p 等各项指标在湿地中得到有效去除的深度都主 要集中在该基质层内。 4 、生物生态组合工艺对c o d 、n i - 1 4 + - n 、t n 、t p 和色度均有较好的去除效果，平均去 除率分别为7 6 2 8 、8 1 8 1 、6 5 9 7 、7 8 4 7 和8 0 9 9 ，平均出水浓度分别为5 6 7 m g l 、 2 4 8 m g l 、5 3 6 m g l ，0 1 6 m g l 和1 4 倍。组合工艺在达到稳定运行后，各项污染物指标出 水浓度均可满足城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 中的一级标准a 标准。 研究表明：由厌氧水解、生物过滤、跌水接触氧化和人工湿地技术组合的小型扎染废水 处理技术是一种高效低耗的生物与生态处理相结合的新工艺。 关键词：扎染废水 生物滤池垂直流人工湿地生物生态组合工艺 a b s t r a c t s t u d yo nt h ep r o c e s sc o m b i n e dw i t hb i o e c o l o g i c a l t e c h n o l o g yf o rt i e d y e i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n t s o u t h e a s tu n i v e r s i t y n a m eo fg r a d u a t ed e n g j i n g s u p e n q s o r p r o f l u x i - w u a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i ca n dd i s c h a r g es t a n d a r do ft i e - d y e i n gw a s t e w a t e ri nx n 【g w e i n a t i o n a l c r a f tp l a n t ，an e wp r o c e s sw a sd e s i g n e d t h ep r o e s sw h i c hc o m b i n e dw i t hb i o - - e c o l o g i c a l t e c h n o l o g yc o n s i s t e do fg r i l l ，h y d r o l y t i c r e g u l a t i n gt a n k ，a n a e r o b i cb a m e dr e a c t i o n ，b i o l o 舀c a l f i l t e r , w a t e r - d r o p p i n ga e r a t i n gb i o - c o n t a c to x i d a t i o np r o c e s sa n dv e r t i c a lc o n s t r u c t e dw e t l a n d sw a s s t u d i e d t h es t u d yp r o v i d e dr e f e r e n c ef o ri t sf u r t h e rp r o c e s so p t i m i z a t i o na n de x t e n s i v e p o p u l a r i z a t i o ni no t h e rt i e - d y e i n ge n t e r p r i s e si nw e i s h a n ，d a l i t h er e m o v a le f f e c to fe a c hm a i ns t u r c t u r ea n dt h ec o m b i n e dp r o c e s s a n dt h ei n f l u e n c i n g f a c t o r so fb i o l o g i c a lf i l t e r , i n c l u d i n gt e m p e t u r e ，h y d r a u l i cl o a d i n ga n dr e f l u xr a t i ow e r es t u d i e d t h ep a p e re m p h a t i c a l l yi n v e s t i g a t e dt h et e c h n o l o g i c a lp r o p e r t i e so fv e r t i c a lc o n s t r u c t e dw e t l a n ( 1 s i n c l u d i n gt h ea n a l y s i so nt h er e m o v a le f f e c to ft h ev e r t i c a ld i s t a n c ea n dt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so f w e t l a n d s ，s u c ha sp l a n ts p e c i e s ，p l a n t sh a r v e s t i n g ，o p e r a t i o nm o d ea n dh y d r a u l i cr e t e n t i o n t i m e ( h r t ) t h em a i nc o n c l u s i o n sw e r ea sf o l l o w s ： l 、t h ea v e r a g er e m o v a lr a t e so fc o do fh y d r o l y t i c - r e g u l a t i n gt a n ka n da n a e r o b i cb a m e d r e a c t i o nw a s2 2 2 7 a n d3 9 6 3 r e s p e c t i v e l y ；t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o da n dn h 4 + - no f b i o l o g i c a lf i l t e rw a s2 3 3 a n dl8 8 9 r e s p e c t i v e l bt h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo ft ni u s tr e a c h e d 1 1 2 5 ；t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o da n dn h 4 no fw a t e r - d r o p p i n ga e r a t i n gb i o - c o n t a c t o x i d a t i o np r o c e s sw a s3 1 2 8 a n d2 3 9 i r e s p e c t i v e l y , t l l ea v e r a g er e m o v a lr a t eo ft nw a so n l y 8 1 2 2 、t h er e m o v a lr a t eo fc o da n dn h 4 + - no fb i o l o g i c a lf i l t e ri n c r e a s e da st h et e m p e t u r e i n c r e a s e da n dd e c r e a s e da sh y d r a u l i cl o a d i n gi n c r e a s e d a n dt e m p e t u r ea n dh y d r a u l i cl o a d i n gh a d as i g n i f i c a n ti m p a c to nt h er e m o v a lr a t eo fn h 4 + - n ；t h er e m o v a lr a t eo fc o da n dn h 4 j n i n c r e a s e da sr e f l u xr a t i oi n c r e a s e d w h i l er e f l u xr a t i oo nt h er e m o v a lr a t eo f t nw a sn o to b v i o u s l y 3 、v e r t i c a lc o n s t r u c t e dw e t l a n d sw i t hr e e da n dc a n n aw e r em o r es u i t a b l ef o rt i e - d y e i n g w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ；p l a n t sh a r v e s t i n gh a dag r e a t e ri m p a c to nt h er e m o v a le f f e c t ，a n ds ow e s h o u l dc h o o s et h er i g h ts e a s o nt oh a r v e s tp l a n t s ；i n t e r m i t t e n to p e r a t i o nc o u l dp r o m i n e n t l yi n c r e a s e t h er e m o v a le f f e c to fv e r t i c a lc o n s t r u c t e dw e t l a n d s t h es t u d yo fw e t l a n d sa l s os h o w e dt h a tt h e r e m o v a lr a t eo ft h ep o l l u t a n ti n d i c a t o r sf n s ti n c r e a s e da n dt h e nd e c r e a s e dw i t hh y d r a u l i cr e t e n t i o n t i m ee x t e n d e d t h ea n a l y s i so fv e r t i c a ic o n s t r u c t e dw e t l a n d si nv e r t i c a ld i s t a n c es h o w e dt h a ta i r r e o x y g e n a t i o nw a st h em o s ta c t i v ea n dt h e1 1 弧l o v a le f f e c ta n dv e l o c i t yo ft h ep o l l u t a n ti n d i c a t o r s ( i n c l u d i n gc o d n i - h + n ，t n ，t p ) w e r et h eb e s tf r o m0 c m t o2 0 e md e p t h 4 、t h ep r o c e s sc o m b i n e dw i t l lb i o - c c o l o g i c a lt e c h n o l o g yw h i c hu s e df o rt i e - d y e i n g w a s t e w a t e rt r e a t m e n tc o u l dp r o v i d eab e t t e rr e m o v a le f f e c tf o rc o d ，n h 4 + - n ，t n ，t pa n dc h r o m a t h ea v e r a g er e m o v a lr a t e sc o u l dr e a c h7 6 2 8 ，81 81 6 5 9 7 ，7 8 4 7 a n d8 0 9 9 r e s p e c t i v e l ya n dt h er e l e v a n ta v e r a g ee 用u e n tc o n c e n t r a t i o n sw e r e5 6 7 m g l ，2 4 8 m g l ，5 3 6 m e t , ，0 16 m g l ，a n d1 4t i m e s a s 山ec o m b i n e dp r o c e s sa c h i e v e ds t a b l eo p e r a t i o n ，a l lm e s e p o l l u t a n ti n d i c a t o r sc a nm e e tt h ep o l l u t a n td i s c h a r g i n gs t a n d a r do fg b l8 9l8 2 0 0 2 t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep r o c e s sc o m b i n e dw i t ha n a e r o b i ch y d r o l y z i n g ，b i o l o g i c a lf i l t e r , w a t e r - d r o p p i n ga e r a t i n gb i o - c o n t a c to x i d a t i o np r o c e s sa n dw e t l a n d s ，w h i c ht r e a t e dm i n i a t u r e t i e - d y e i n gw a s t e w a t e r , w a sap r a c t i c a lp r o c e s s ，b yu s i n gt h i sp r o c e s s ，h i g hb e n e f i ta n dl o wc o s t c o u d b e g o t k e y w o r d s ：t i e - d y e i n gw a s t e w a t e r , b i o l o g i c a lf i l t e r , v e r t i c a lc o n s t r u c t e dw e t l a n d s ，p r o c e s s c o m b i n e dw i t hb i o - e c o l o g i e a lt e c h n o l o g y 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： 聋萎 导师签名：日期：乖 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 印染废水污染现状 第一章绪论弟一早殖了匕 2 0 世纪9 0 年代以来，我国经济高速发展，人民生活水平不断提高，但环境污染问题并 未得到有效控制，水环境污染问题日趋严重。根据2 0 0 7 年中国环境状况公报显示【l 】，七 大江河水系均受到不同程度的污染，仅不足5 0 的检测断面满足i 类水质要求。目前在6 4 0 多个城市中，全国缺水城市已达3 0 0 多个，其中严重缺水城市达到1 0 8 个。 我国废水年排放总量一直维持在3 5 x 1 0 1 1 0 1 0 m 3 左右，其中工业废水占5 l ，并以 1 的速率逐年递增。印染行业是工业废水排放大户，我国印染废水排放量约为 3 1 0 1 0 6 m 3 d ，占全国工业废水总排放量的3 5 【2 1 。印染废水具有水量大、有机物浓度 高、色度深、碱性大、水质变化大等特点，属于难处理的工业废水。而且，近年来，随着染 料工业的飞速发展和后整理技术的进步，新型助剂、染料、整理剂等在印染行业中被犬量使 用，难降解有毒有机成分的含量也越来越多，有些甚至是致癌、致畸、致突变的有机物，对 环境尤其是水环境的威胁和危害越来越大。 1 1 2 大理州扎染废水污染现状 扎染是中国一种古老的印染工艺，其加j f 过程是将织物折叠捆扎，或缝绞包绑，然后浸 入色浆之中进行染色，在染色过程中被捆扎的织物受到轻重、松紧不同的压力，被色浆浸渗 的程度也不同，因此产生深浅虚实、变化多端的色晕，染成的图案纹样神奇多变，色泽鲜艳 明快，图案简洁质朴，具有令人惊叹的艺术魅力，是发源于我国少数民族地区至今仍焕发灿 烂光辉的艺术瑰宝。传统的扎染工艺染色是川板蓝根以及其它天然植物制作的天然染色剂， 但近年米随着扎染技术的发展，也使用多种化学染料。 长期以来，由于经济、技术等多方面的原因，扎染废水未经处理或仅经过简单沉淀后直 接排放，对周边的生态环境造成的破坏己开始显现。随着扎染行业整体规模的继续扩大，如 果再不采取措施，将对周边地区的生态环境造成无法挽回破坏和无法估量的损失，给当地的 经济、旅游等造成巨大的负面影响。 大理州的扎染行业主要分布在巍山县和大理市喜洲镇境内。巍山县以扎染企业为主，企 业规模普遍较小，废水排放量相应也较小；喜洲镇周城村则以家庭式个体作坊为主，数量较 多而且分布分散。大理州巍山县和喜洲镇周城村的扎染行业废水污染非常严重，而且目前没 有任何污染控制措施。尤其是喜洲镇周城村的扎染废水全部经棕树河，最终排入洱海，如果 不加以治理控制，其结果必将导致高原明珠洱海和大理国家级风景旅游区的美好风光黯然失 色，因此，扎染废水的治理势在必行。大理州喜洲镇周城村和巍山县扎染废水污染现状分别 见表1 1 、表l - 2 、表1 3 。 表1 1 喜洲镇周城村扎染废水污染情况汇总 东南大学硕- j ：学位论文 杨军 杨顺兴 段继才 段树坤 董如海 杨国林 段进宝 杨国林 o 8 3 0 5 0 7 o 6 0 9 0 2 0 6 0 8 1 0 0 2 5 07 0 7 57 51 0 4 22 1 2 0 1 5 4 51 5 1 2 06 06 4 5 1 71 2 1 2 51 2 52 5 6 02 0 1 0 o 63 03 0 0 1 4 0 52 0 8 0 7 8 o 32 51 5 0 2 8 0 31 56 0 0 3 1 0 3 0 0 1 0 3 o 5 0 5 5 0 0 0 3 6 1 6 0 1 4 6 0 0 5 随机抽查户0 3 1 4 61 1 270 24 5 0 2无 表1 3 大理州巍山县扎染废水污染现状 经棕树河 入洱海 经棕树河 入洱海 经棕树河 入洱海 经棕树河 入洱海 经棕树河 入洱海 经棕树河 入洱海 经棕树河 入洱海 经棕树河 入洱海 经棕树河 入洱海 兴巍工艺厂 41 0 02 04 5 01 5 0 0 01 3 3 0沉淀池菜秧河 巍宝彝族 染织厂 土产工艺 染织厂 民族工艺 服装厂 国兴 扎染公司 兰隆公司 0 91 8 05 49 0 9 0 0 01 2 6 5 22 5 08 0 2 0 01 2 0 05 9 8 2 4 43 0 01 0 0 4 0 01 5 0 0 01 5 0 3 0 4 23 0 0 1 0 04 0 01 2 0 03 9 6 6 4 5 0 1 5 05 0 01 8 0 0 02 4 1 6 9 5 0 0 2 0 06 5 02 1 0 0 02 6 1 5 1 4 0 m 3 污水沉淀池 ( 内设4 个循环小 池用石灰沉淀) 沉淀池 ( 3 2 0 2 3 0 2 0 0 i t l m ) 2 个 沉淀池 ( 1 5 0 x 1 0 0 x 2 0 0 m m ) 4 个 菜秧河 菜秧河 菜秧河 4 个奄曼芝嚣5 m 3 红河 的沉淀池 。 菜秧河 红河 合计2 6 7 22 0 8 07 0 4 2 6 9 08 0 4 0 08 9 8 4 7 注：1 ) 辅料主要包括：硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸铝、革酸、保险粉、硫酸锌； 2 ) 植物染料主要包括：飞机草、水马桑、黄栎皮、水东瓜皮和麻栗壳的熬汁。 2 阶粼无 无 无 无 无 无 无 第一章绪论 1 1 3 扎染废水的特点 扎染分为扎花和浸染两个环节。扎花是以缝为主、缝扎结合的手工扎花方法，具有表现 范围广泛、刻或细腻、变幻无穷的特点。浸染采用手工反复浸染工艺，形成以花形为中心， 变幻玄妙的多层次晕纹，凝重素雅，古朴雅致。 扎染废水产生于浸染环节，浸染工艺主要有冷染和热染两种，还有少量蒸染。冷染是将 扎好的织物放入配制好的染液中浸泡一定时间，染完后用清水冲洗，解结，熨平，常用纳夫 托染料和活性染料。热染是将扎好的织物放入染锅内沸煮达到高温染色的效果。最常用的是 直接染料与酸性染料。直接染料易溶于水，适合染棉、麻、人造丝、绢类。酸性染料色彩鲜 艳，易于拼色，最适合染动物纤维。 扎染属于印染工业的一种类型，污染物特征与印染工业相似。扎染废水污染物来源于纤 维原料本身的夹带物和加工过程中所用的浆料、染料和助剂等，废水产生于煮练、染色、皂 洗、水洗等工段所排放的残液。大理州扎染废水具有以下几个特点：( 1 ) 污染源相对分散，水 量较小，有机污染物浓度高；( 2 ) 该地区经济相对落后，无法负担高投入的处理设施；( 3 ) 色度 大，间歇性排放，冲击负荷大；( 4 ) 各工序排放出来的废水污染程度差别很大，绝大部分无序 混合捧放；( 5 ) 缺乏相应的专业管理人员。 因此，对于该地区扎染废水的处理不能简单照搬城镇污水处理厂的经验，必须因地制宜 地选择投资运行费用低，操作管理简单，同时又具有良好运行效果的工艺。 1 2 印染废水处理技术现状 随着染织工业的发展，其产生的废水已成为当前最重要的水体污染源之一。由于这类废 水具有色度高，有机物浓度高，组成成分复杂多变，水量大，分布面广，难降解等特点，若 不经处理而直接捧放，将给生态环境带来严重危害。 由于印染废水在处理技术上的难度和对水体环境的危害，对印染废水处理技术的研究非 常广泛。在物理化学法中应用最多的是吸附法。弓晓峰【4 】采用海泡石，a r n a q a nb 【5 】采用改性 沸石，邵颖【6 】采用活性粉煤灰处理印染废水均达到了9 0 以上的脱色率。使用膜分离技术处 理印染废水具有能耗低、工艺简单、不污染环境等特点。刘梅红【7 】采用纳滤膜处理印染废水， 即使过程回收率达到8 0 ( 浓缩5 倍) 情况下，膜对废水中色度和c o d c r 的去除率仍高达 9 9 以上；c i a r d e l l ig 【s 】采用反渗透技术处理水溶性染料废水，色度去除率达9 9 以上，废 水回收率达6 0 以上。萃取技术是利用不溶或难溶于水的溶剂将染料分子从水中萃取出来， 其c o d 去除率可以达到9 1 9 8 脱色率高达9 9 5 1 9 1 。化学混凝法处理印染废水工艺流 程简单，操作管理方便，设备投资省，占地面积小，对直接染料【lo 】、活性染料【l 、黑染料 废水【1 2 1 有很好的脱色效果。用f e n t o n 试剂对含染料废水进行混凝前预处理，脱色率可达 9 6 7 7 ，而直接混凝处理，脱色率仅为10 v 3 0 【1 3 】。近年来，电化学水处理技术【1 4 1 、湿式 空气氧化技术【1 5 】、超声波技术【1 6 1 、光催化氧化技术【1 。7 】等处理印染废水也得到了很快的发展。 生物法处理印染废水是利用微生物的生物化学作用降解有机底物和染料。这种方法具有 运行费用低，运行较稳定等优点，在印染废水处理中应用较为广泛l i 引。此外，生物强化技 术是在原有生物体系中投加具有特定功能的微生物来改善原有处理体系的处理效果。采用生 物强化技术一方面可以有针对性的提高难降解化合物的去除率，另一方面可以大大缩短生物 驯化所需的时间，不需要延长原系统的水力停留时间而达到较好的去除效果。偶氮还原类芽 孢肝菌( p a e n i b a c i l l u sa z o r e d u e c n ss p n o v ) 能够在2 4 h 内脱除9 8 的颜色( 染料浓度达到 1 0 0 m g l ) 0 9 ；从印染厂的污泥中分离出的变形杆菌( p r o t e u sm i r a b i l i s ) ，能够快速降解红 色偶氮染料 2 0 1 ；白腐真菌黄孢原毛平革菌可以有效地降解酸性、直接、活性和阳离子等染 料【2 1 1 。 印染废水中含有些难生物降解的残余染料和染色助剂，单一的好氧生物处理只能去除 东南大学硕士学位论文 废水中的易降解的有机物，色度问题无法解决。为了节省费用同时能够有效地去除废水中较 难降解的有机污染物和染料，厌氧( 兼氧) 好氧新型生物处理工艺应运而生。这种方法可 充分利用厌氧过程中的产酸阶段将难生物降解的大分子有机物转化为结构简单的小分子有 机物然后再经过好氧生物处理得以进一步去除。废水中溶解性染料经过产酸阶段微生物和 脱色微生物的协同作用也得到了去除，因而印染废水经厌g 好氧处理后能够达到较好的处 理效果。该工艺与物理化学法、好氧生物物化法相比，具有效率高，运行稳定，消耗低， 泥量少等优点，在印染废水处理中的应用日益广泛圈。 1 3 课题来源、目的和意义 本课题来源于“云南省大理州扎染废水治理示范工程项目”。 国内外研究成果与实践表明，单纯的生物工艺运行管理较复杂，而单纯的生态工艺对环 境的依赖性过强，都存在一定局限性。因此发展投资运行费用低，操作管理简单，同时又有 良好处理效果的生物生态组合工艺才是处理扎染废水的最佳途径。 采用“格栅一水解调节池一厌氧折流板一生物滤池一跌水接触氧化池一垂直流人工湿 地挣组合工艺。格栅可去除废水中的漂浮物及纱线；水解调节池可进行水量的调节、水温的 调节和水质的均化，并可以去除部分有机物；厌氧折流板可以有效地进行脱色，并去除部分 有机物；生物滤池和跌水接触氧化池可去除废水中的有机物，保证出水c o d 达标：垂直流 人工湿地主要功能是去除废水中的n 、p ，并可以进一步去除废水中残余的色度和有机物， 确保出水各项指标全面达到标准。 本工艺具有以下优点：( 1 ) 运行费用低：采用跌水充氧方式曝气，省去了曝气所需的动力 消耗，正常工况下仅一台提升泵运行且整个工艺不需投加任何化学试剂；( 2 ) 管理简单：使用 设备少，采用液位控制器自动控制提升泵的开停；( 3 ) 与当地经济状况和企业要求相适应：在 保证出水达标的情况下，可以在人工湿地中种植具有经济价值的水生植物；出水可以回用， 如浇花或浇灌农田等。 因此，本工艺并不是传统的生物处理与生态方法的简单结合，而是在充分考虑当地经济 发展水平和企业承受能力的前提下，根据各自的特点合理分工各段工艺的去除对象，进行优 化组合，最终达到经济、简便、有效处理扎染废水的目的。本课题作为大理州扎染废水治理 示范工程项目，不仅可以在大理州巍山县其他扎染企业中广泛推广，而且能够为喜洲镇周城 村更大规模扎染废水的处理提供技术依据。 4 第二章技术原理与工艺特点 第二章技术原理与工艺特点 2 1 水解酸化工艺的技术原理 水解酸化法是厌氧法的一种初级工艺，近年来作为难降解有机物好氧处理的预处理工艺 以及作为反硝化脱氮、缺氧释磷阶段都取得了良好的效果，并由于操作管理易于控制而得到 普遍的应用。 水解酸化工艺是基于产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，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。在水解反应器中， 起主要作用的是兼性微生物，它们在自然界中的数量较多，繁殖速度较快，因此水解酸化池 即使在较短的停留时间条件下，也可以获得较高的悬浮物去除率。 水解酸化工艺与单独的厌氧工艺相比，具有以下优点【2 3 】： ( 1 ) 水解酸化阶段所产生的产物主要为小分子有机物，可生化性得到进一步提高，从而减 少了后续好氧处理的反应时间，降低了处理能耗； ( 2 ) 水解过程能较好地适应悬浮颗粒物的存在，同时又能较好地降解这部分物质，从而减 少了污泥量，降低了污泥的v s s 。水解酸化反应器一般不需要加热，产生剩余污泥量少， 可在常温下使固体颗粒物迅速水解，实现污水、污泥一次处理； ( 3 ) 水解酸化反应器不需要严格的密闭，不需要复杂的搅拌设施，不需要水、气、固三相 分离器，降低了造价，便于维护，适应于大、中、小型污水厂； “) 水解酸化反应器进水并不需要严格厌氧条件，包括具有氧化作用的化合物，如硝态氮、 亚硝态氮等。反应控制在水解酸化阶段时，在许多情况下，酸化过程也不完全。因此甲烷化 过程基本不发生，也没有产气过程，出水的不良气味较厌氧发酵少很多； ( 5 ) 水解酸化反应迅速，水力停留时间短，故水解反应器的体积小，节省基建投资。 水解酸化处理技术是在厌氧处理技术的基础上派生出来的一种工艺。在国内外有广泛的 应用，生活污水、啤酒生产废水及含难降解有机物的废水如印染废水、焦化废水、制药废水 等工业废水的预处理多采用水解酸化工艺。 2 2 厌氧折流板( a b r ) 的技术原理及应用 2 2 1 厌氧折流板( a b r ) 的技术原理及特点 厌氧折流板反应器( a b r ) 是由美国s t a n f o r d 大学的m c 杞a r t y 教授及其合作者于2 0 世 纪8 0 年代初开发研究的新型厌氧反应器。a b r 反应器是在反应器内设置一系列垂直放置的 折流挡板使废水在反应器内沿折流挡板上下折流运动，依次通过每个格室的污泥床直至出 口，在此过程中废水中的有机物质与厌氧活性污泥充分接触而得以去除。相比其他厌氧反应 器，a b r 具有以下突出特点1 2 4 ： ( 1 ) 良好的水动力学条件 无论在化学反应工程还是在生物处理工程中，反应器或反应系统中液体介质的流态对产 物的转化率或生物处理效果均有重要影响。实际应用中，a b r 反应器多以完全混合或推流 作为它的两大主要流态。a b r 反应器独特的结构，使其容积利用率要高于其他形式的反应 器，并且随着进水量的增大，大大促进了返混作用，即各隔室呈现全混( c s t r ) 的流态， 但同时由于折流板的阻拦作用，阻止了各隔室间的返混作用，因而从整个反应器而言，则具 有水平推流( p f ) 的流态，且分隔数越多，推流式越明显。因此，可把运行中的a b r 反应 器看作一个由一系列混合良好的c s t r 反应器串联。这种整体为推流、个体为完全混合态的 5 东南火学硕l 学位论文 复合流态t 艺的反应速率、处理稳定性及容积利用率均要优于单个c s t r 或p f 反应器。 ( 2 ) 良好的微生物种群分布 a b r 反应器中不同隔室内的厌氧微生物易呈现出良好的种群分布和处理功能的配合， 不同的隔室中生长适应流入该隔室废水水质的优势微生物种群，从而有利于形成良好的微生 物生态系统。在位于前端的隔室中，主要以水解和产酸菌为主，而在较后的隔室中则以甲烷 菌为主。其中随着隔室的推移，由甲烷八叠球菌( m e t h a n o s a r c i n a ) 为优势种群逐渐向甲烷 丝菌属( m e t h a n o t h r i x ) 、异养甲烷菌和脱硫弧菌属等转变。这种微生物种群的逐室变化，使 优势种群得以良好地生长，并使废水中污染物得剑逐级转化并在各司其职的微生物种群作用 下得到稳定的降解。 ( 3 ) 较强的抗冲击负荷能力 a b r 反应器较强的抗冲击负荷能力来源于对废水较强的截留能力和微生物种群的合理 分布。 除了以上突出的特点外，a b r 反应器还具有结构简单、不需额外的三相分离装备、无 需同定装置就可以保持污泥活性、可处理不同流量不同浓度的废水并可达到较高的处理效率 等优点。 2 2 2 厌氧折流板的应用 目前，对于a b r 反应器的研究还多处于实验室研究阶段，主要集中在反应器运行性能 方面的研究。 ( 1 ) 低浓度废水处理能力 a b r 反应器处理低浓度废水时，各反应器中的优势甲烷菌为发酵甲烷菌( 如螺旋甲烷 菌) 2 5 j 。h a s s o u n a 的研究表明【2 6 】，处理低浓度牛奶废水的a b r 反应器中，在整个反应器池 长方向上均以产酸菌为优势菌种。这表明该反应器用于处理低浓度废水时，无明显的生物菌 群选择性分布。o r o z c o 的研究表明【2 6 】，随着h r t 增加，反应器产气量减少，这是冈为在长 h r t 的情况下，反应器后部隔室中污泥底物浓度不足，微生物处于饥饿状态造成的。 ( 2 ) 高浓度废水处理能力 与处理低浓度废水采片j 短h r t 不同，a b r 反应器处理高浓度废水其所控制的h r t 则 需视具体情况或处理要求确定，一般以较长的h r t 为佳。这主要是因为，高底物浓度有利 于微生物之间的传质作用并可增强和促进产气及其混合程度【2 7 1 。处理高浓度废水时，反应 器中的优势微生物种群通常是甲烷八叠球菌属1 25 1 。 ( 3 ) 低温废水处理能力 目前对a b r 的研究火多是在中温条件下进行，但为数不多的低温或常温研究表明，a b r 反应器作为一种s m a p 工艺，具有在低温和常温下获得有效处理的优势1 2 引。n a c h a i y a s i t 的 研究表明【2 8 】，当a b r 反应器的温度从3 5 降至2 5 时，c o d 的总去除率仅在头两周内有 所下降，但此后很快恢复，并达到了原有处理效果且运行稳定。 ( 4 ) 难降解有机废水处理能力 a b r 的结构特点，使其具有推流( p f ) 的特征，另外较强的截留颗粒能力，又使污泥 龄较长。根据b o o p a t h y _ 【2 9 1 对高浓度有机悬浮圃体废水的研究表明，污泥龄长有利于世代期 长的细菌繁殖生长，促使系统形成复杂的生物菌群。a b r 的这种特性使其对难降解、有毒 废水的处理具有潜在的优势。贾洪斌【3 0 1 等采用a b r 处理印染废水，用a b r 水解酸化来改 善废水的可生化性，研究表明可生化性提高了两倍，对后续的生化处理极为有利。 6 第二章技术原理与工艺特点 2 3 生物滤池概述 2 3 i 生物滤池的技术原理及特点 生物滤池属于生物处理的生物膜法范畴，该技术最早由法国的c g e ( c o m p a g u i n e g e n e r e l ed e se a n x ) 所属于的o t v ( u o m n i u md ef r a i t e m e n t sc tv a l o r i z a t i o n ) 公司开发。与 其他生物膜法不同，生物滤池将生物氧化过程与同液分离集于一体，在同一个单元反应器中 完成有机物去除、过滤和硝化过程，并且对池结构进行改造后增加了厌氧区的生物滤池还可 以进行反硝化脱氮和除磷。生物滤池的技术原理为：在滤池内装填一定量粒径较小的颗粒滤 料，滤料表面附着生长生物膜。污水流经时，污染物、溶解氧及其它物质首先经过液相扩散 到生物膜表面及内部，利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化，此 为生物氧化降解过程；同时，因污水流经时，滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点及 生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大茸悬浮物，此为截留作用；运行一定时间后，因水 头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜，此为反冲洗过程。 一般来说，生物滤池具有以下特点p l j ： ( 1 ) 采用小粒径颗粒作为生物载体，如陶粒、活性炭等； ( 2 ) 能同步发挥生物氧化作用和物理截留作用； ( 3 ) 高水力负荷和容积负荷，抗冲击负荷能力强，受气候、水量和水质变化影响小； ( 4 ) 占地面积小，基建投资省，运行管理方便，便于维护； ( 5 ) 需要定时反冲洗，清洗滤池中截留的s s ，同时更新生物膜。 2 3 2 生物滤池的影响因素 生物滤池是一种生物膜反应器，影响其处理效果的因素有水力负荷、有机负荷、滤料特 性、溶解氧、温度、和有毒物质等。 ( 1 ) 水力负荷：即单位面积所承受的污水量。水力负荷的大小直接影响生物滤池的净化效 果。在有机负荷不变的情况下，水力负荷太小，滤池中老化和过厚的生物膜不能冲刷出去， 堵塞滤料，形成污水的阻塞和沟流，进而导致滤料不能被完全利用，滤池的性能卜降；当水 力负荷增大到对滤料完全利用时，水力负荷的改变对滤池的性能影响不大，但水力负荷过大， 停留时间短，滤池的净化效果差。 ( 2 ) 有机负荷：即单位体积的滤料所承受的b o d 或c o d 值，单位k 趴1 1 1 3 d ) 。对于同时 进行有机物去除和硝化的生物滤池，有机负荷对滤池的净化效率有重要的影响。为了达到处 理目的，有机负荷不能超过生物膜的分解能力。同时，有机负荷对滤池硝化反应的影响很大。 有机负荷太大，异养菌和白养菌竞争底物和溶解氧，硝化菌的生长受剑抑制，硝化反应不完 全，滤池氨氮的去除效果不理想。 ( 3 ) 滤料特性：滤料对生物滤池处理效果的影响主要反映在滤料的表面性质，包括滤料的 比表面积的大小、表面亲水性、表面电荷、表面粗糙度、滤料密度、堆积密度、孑l 隙率、强 度等。因此，滤料的选择不仅决定了可供生物膜生长的比表面积的大小和生物膜量的大小， 而且还影响着滤池中的水动力学状态。 ( 4 ) 溶解氧：微生物对有机物的分解和使氨氮转化为硝酸盐氮的过程中均需要氧的参与。 在硝化阶段，由于硝化反应必须在好氧条件下进行，因此溶解氧应维持在( 2 - 3 ) m g l 为宜。 当其低于( 0 5 加7 ) m g l 时，硝化反应将受到抑制。研究表明，较低的溶解氧浓度将影响 硝化菌的生物代谢。溶解氧对反硝化过程也有很大的影响。当反硝化过程中溶解氧浓度上升 时，将会产生对反硝化菌的竞争性抑制作用，使反硝化速率下降。对于附着型生物膜反应器， 由于生物膜系统中氧的传递阻力较大，可以允许较高的溶解氧浓度。 ( 5 ) 温度：硝化反应的最适应温度范围为3 0 - - 5 0 。当温度在5 3 5 之间由低至高逐渐 7 东南大学硕士学位论文 过渡时，硝化反应的速率将随温度的增高而加快；而当温度低于5 c 时，硝化反应几乎停止。 ( 6 ) 有毒物质：在生物膜法处理污水的过程中，抑制及毒性作用主要归因于污水中含有过 量的复杂有机化合物、重金属、杀虫剂、无机盐、氨和诸如氯气的消毒剂。对微生物的生理 功能产生毒害作用( 如抑制其增殖或对其灭活) 的物质统称有毒物质。这些有毒物质。有时 即使是很少量，也能使微生物失去活性。如果生物膜反应器内发生了微生物的失活，将会发 生膜大量脱落的现象，工艺的处理效率就会随之降低。尽管生物膜微生物具有被逐步驯化和 慢慢适应的能力，但如果高毒物负荷持续较长时间使有毒物质完全穿透生物膜，反应器的性 能必然受剑较大的影响。因此，在生物滤池的运行过程中应该严格控制这些有毒物质。 2 4 生物接触氧化技术原理及特点 生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理方法，池内设有 填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料，填料上布满生物膜，污水 与生物膜广