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电絮凝法处理毛毯印染废水的研究 摘要 印染废水具有废水排量大、有机物成分复杂、污染物浓度高、难降解物质 多、色度高、毒性大等特点，单纯依靠生化法进行处理，对c o d c r 和色度的 去除率很低，难以达标排放。 电絮凝技术是一种具有发展前景的水处理技术，其处理印染废水具有c o d 去除率高、脱色率高，处理时间短、占地面积小、耐冲击性强和操作管理方便 等优点。 本文系统地介绍了电絮凝技术的基本原理、应用情况、发展前景和存在的 问题，以毛毯印染废水为研究对象，对毛毯印染废水的电絮凝处理工艺参数分 别进行了单因素实验、正交实验以及紫外一可见光谱实验，实验结果表明：电 絮凝法处理毛毯印染废水时，其较优水平组合为采用直流电源、电絮凝时间为 3 0 m i n ，电源电压为9 0 v 。此组合试验条件下，c o d c r 和色度去除率分别达7 2 8 和8 8 9 ，能耗为0 0 0 5 k w h g ，处理效果比较理想，能耗低。 本文提出了一条以电絮凝+ 生化处理的组合工艺路线，这是一条新的、有 效的、可行的、达标排放的技术路线，不仅可以解决环境污染问题，还可以创 造可观的经济效益，同时也推动了我国印染和环保技术进步，为社会创造财富， 具有十分重要的理论意义和现实意义。 关键词：铁电极；直流电絮凝；脉冲电絮凝：印染废水 s t u d yo nt r e a t m e n to fb l a n k e td y e i n gw a s t e w a t e rb y e l e c t r o c o a g u l a t i o n a b s t r a c t d y e i n g w a s t e w a t e ri sc h a r a c t e r i z e d b yl a r g ed i s c h a r g i n gv o l u m e ，c o m p l e x c o m p o n e n t so fo r g a n i cm a t t e r ，h i g h c o n c e n t r a t i o no fp o ll u t a n t s ，d i f f i c u l t yo fd e g r a d a t i o n ， h i g hc h r o m a t i c i t ya n dt o x i c i t y ，e t c t h er e m o v a lr a t e so fc o d c ra n dc h o r m ai sl o w ，a n di t i s v e r y d i f f i c u l tt om a k ew a s t e w a t e rr e a c ht h e d i s c h a r g es t a n d a r do n l yt h r o u g h c o n v e n t i o n a lb i o c h e m i c a lm e t h o d e l e c t r o c o a g u l a t i o n ( e c ) i sak i n do ft h ep o t e n t i a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g y t h ep r o c e s st ot r e a td y e i n gw a s t e w a t e rh a st h ea d v a n t a g eo fh i g hr e m o v a lr a t e so fc o d c r a n de h o r m a ，s h o r td i s p o s a lt i m e ，s m a l ll a n do c c u p a t i o n ，h i g h e ri m p u l s e r e s i s t a n c ea n d s i m p l em a n i p u l a t i o n ，e t c t h i sp a p e rs y s t e m a t i c a l l yi n t r o d u c e st h ef u n d a m e n t a lp r i n c i p l e ，a p p l i c a t i o n ，p r o b l e m s a n dt h ed i r c t i o n so ff u r t h e rr e s e a r c ho fe c w i t hb l a n k e td y e i n gw a s t e w a t e ra s s t u d y o b je c t ，t h r o u g hs i n g l ef a c t o r st e s ta n do r t h o g o n a le x p e r i m e n ta n du v v i ss p e c t r o s c o p y e x p e r i m e n t ，t r e a t m e n tp r o c e s sp a r a m e t e r so fe cw e r ei n v e s t i g a t e d t h er e s u l t si n d i c a t e t h a tt h eo p t i m i z e dc r a f t w o r kf o re ct ot r e a t d y e i n gw a s t e w a t e rw e r ea sf o l l o w s ：d c s u p p l y ，e l e c t r o l y s i st i m e30r a i n ，v o l t a g e9 0 v u n d e rt h eo p t i m a le x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ， t h er e m o v a lr a t e so fc o d c ra n de h o r m ac o u l dr e a c h7 2 8 a n d8 8 9 r e s p e c t i v e l y a n d e n e r g yc o n s u m p t i o nw e r eo 0 0 5 k w h g ，w h i c hi m p l i e st h a tt h ew a s t e w a t e ri se f f i c i e n t l y t r e a t e dw i t hl o we n e r g yc o n s u m p t i o n t h i sp a p e ri st oi n t r o d u c ee c b i o c h e m i c a lp r o c e s sf o rt h et r e a t m e n to fb l a n k e td y e i n g w a s t e w a t e r ，w h i c hi se f f e c t i v e ，f e a s i b l ea n dc a nm a k et h ew a s t e w a t e rm e e tt h es t a n d a r d s t h i sp r o c e s sd o e sn o to n l ys o l v et h ee n v i r o n m e n t p r o b l e m ，b u ta l s oc r e a t ec o n s i d e r a b l e e c o n o m i cp r o f i t ，a n da c c e l e r a t et h ea d v a n c eo f d y e i n ga n de n v i r o n m e n t a lt e c h n o l o g y ，a n d c r e a t eh u g ew e a l t ht os o c i e t y ，w h i c hi so fg r e a tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ： i r o ne l e c t r o d e ；d ce l e c t r o c o a g u i a t i o n ；p u l s e dc u r r e n te l e c t r o c o a g u l a t i o n ；d y e i n g w a s t e w a t e r 前言 该研究课题来源于工程实践。 2 0 0 7 年中国环境状况公报表明在贯彻落实科学发展观，强化依法管理， 加大治理力度，推行一系列污染减排政策后，我国的污染减排工作取得突破性 进展。其中化学需氧量和二氧化硫排放量分别比上年下降3 2 、4 7 ，首次出 现双下降。同时也表明环境质量总体呈好转趋势，但形势不容乐观。目前我国 的主要水系河流都受到了城市生活废水和工业废水的较严重污染，对于生活废 水与工业废水的处理己经刻不容缓。 纺织印染工业是最大的污染源和水资源消耗者之一。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 被大量使用，难降解有毒有机成分的含量也越来越多，有些甚至是致癌、致突 变、致畸变的有机物，对环境尤其是水环境的威胁和危害越来越大。 印染废水具有有机物成分复杂、污染物浓度高、难降解物质多、色度高、 毒性大等特点，治理的难度更大。目前常规的处理方法有物化法和生化法，其 中物化采用较多的是絮凝法、吸附法、化学氧化法、电解法。生化法采用较多 的是活性污泥法、厌氧生化处理方法和生物滤池法。但这些方法对c o o 和色度 的去除率不高，难以达到国家的标准排放要求，无法消除印染废水对环境的污 染问题。近年来，许多学者研究了许多新工艺、新方法，但大多停留在实验阶 段之中，有待在实践中检验和运用。 电絮凝技术是一种具有发展前景的水处理技术，同时目前采用电絮凝方法 来处理印染废水的报道较少。近几十年来，随着电力工业的发展、电极材料的 开发、反应器的研制以及对传统电化学工艺的改进，使处理成本大为降低，电 絮凝技术己成为一类具有竞争力的废水处理方法。 本课题以毛毯印染废水为实例，利用电絮凝法对印染废水进行预处理，这 种处理工艺具有c o d 去除率高、脱色率高，处理时间短、占地面积小、耐冲 击性强和操作管理方便等优点。通过实验寻找到最优的电絮凝处理工艺参数， 并利用此参数与生化工艺组合对毛毯废水进行处理，提出了一条新的、有效的、 可行的、达标排放的技术路线，不仅可以解决环境污染问题，还可以创造可观 的经济效益，同时也推动了我国印染和环保技术进步，为社会创造财富，具有 十分重要的理论意义和现实意义。 插图清单 图2 一l电絮凝反应原理1 4 图2 2 电絮凝器电极连接方式1 5 图3 1电絮凝反应器脉冲电源面板实物图2 0 图3 2 电絮凝器结构示意图2 l 图3 3电絮凝器实验系统示意图2 2 图3 4 ( a )采用直流电源时，时间对去除率的影响2 5 图3 4 ( b )采用直流电源时，时间与能耗的关系曲线2 5 图3 5 ( a ) 采用脉冲电源时，时间对去除率的影响2 5 图3 5 ( b )采用脉冲电源时，时间与能耗的关系曲线2 6 图3 6 ( a )采用直流电源时，电压对去除率的影响2 7 图3 - - 6 ( b )采用直流电源时，电压与能耗的关系曲线2 7 图3 7 ( a )采用脉冲电源时，电压对去除率的影响2 8 图3 7 ( b )采用脉冲电源时，电压与能耗的关系曲线2 8 图3 8电源类型对c o d c ，去除率的影响3 3 图3 9 电絮凝时间对c o d c ，去除率的影响3 3 图3 一1 0电源电压对c o d c ，去除率的影响3 4 图4 1 分散宝蓝2 b l n 的化学结构式3 5 图4 2 ( a )苯酚的化学结构式3 6 图4 2 ( b )苯胺的化学结构式3 6 图4 2 ( c )2 ，3 二烷基1 ，4 萘醌的化学结构式3 6 图4 3分散宝蓝2 b l n 分子的紫外可见光吸收光谱3 8 图4 4经电絮凝处理的分散宝蓝2 b l n 染料的紫外可见光吸收光谱3 8 图5 1毛毯废水处理工艺流程图4 4 图5 2毛毯废水处理平面布置图4 4 图5 31 0 m 3 h 电絮凝反应器示意图4 6 表3 1 表3 2 表3 3 表3 4 表3 5 表5 1 表5 2 表5 3 表5 4 表格清单 极板材料对印染废水处理效果的影响。2 4 时间对去除率的影响2 4 电压对去除率的影响2 7 表3 4l 1 8 ( 2 1x3 7 ) 正交试验因素水平3 1 正交试验及极差分析结果3 2 进水水质污染物指标4 2 出水水质污染物指标4 2 某毛毯厂印染废水处理主要构筑物4 7 某毛毯厂印染废水处理主要设备4 7 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，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，也不包含为获得合肥工业大学或其他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 明并表示谢意。 学位论文作者签名： 搽 签字时间：柄年1 月0 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授 权合肥工业大学可以将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、汇编学位论文。 ( 保留的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：棵 签字时间：枷年l 月，口日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 岛膨 f 签字时间：少肼，月，d 日 电话： 邮编： 致谢 在硕士研究生即将毕业之际，我怀着非常感激的心情对老师、同学、朋友 和亲人致以最诚挚的谢意! 研究生期间学习的顺利，离不开导师彭书传教授以及张国生副教授的悉心 关怀和指导，两位老师不仅耐心解答和帮助解决学习和实验中遇到的困难，而 且注重启发学习的主动性和实践的创新性。在论文的选择、结构框架的安排、 材料德收集整理及撰写、审阅、修改过程中都倾注了大量的时间和精力，提出 了打量中肯的意见和建议，倾注了大量的心血。他们深厚的理论修养、丰富的 实践经验、实事求是的工作态度和勇于创新的科学精神使我受益非浅，在此， 向两位老师表示诚挚的感谢和由衷的敬意。 同时非常感谢在研究生在读期间，孙世群院长、汪家权主任两位恩师给予 的栽培和指导，钱家忠教授、熊鸿斌教授以及所有的授课老师给予的精心教诲 和言传身教，感谢在实验过程中2 0 0 8 届本科生梁永利同学给予的帮助，在此一 并表示衷心的感谢。 感谢父母及家人和同事给予我在物质和精神上的支持，为我创造良好的 学习环境，使我有更多的时间和精力投入到学习和工作中去。你们的激励永远 是我前进的动力。 第一章绪论 1 1 序言 2 0 0 7 年中国环境状况公报已经表明目前我国的主要水系河流都受到了 城市生活废水和工业废水的较严重污染，对于生活废水与工业废水的处理己经 刻不容缓【1 】。我国是世界纺织印染工业第一大国，在当代经济全球化和新科技 革命的条件下，我国正在进入由纺织大国变成纺织强国的时期【2 】。纺织行业是 我国排放工业废水量较大的部门之一，据不完全统计，每年排放废水约9 亿多吨， 位居工业废水“排行榜 第六位。同发达国家相比，中国纺织印染业的单位耗 水量是发达国家的1 5 2 0 倍，单位排污总量是发达国家的1 2 1 8 倍p j 。 从分布上看，我国的纺织行业主要集中在东部沿海省市，特别是江苏、浙江、 广东、福建、山东、辽宁等地。但这些分散的、小规模的、追求利润为目标的 中小企业对环境污染造成了极大的威胁【z 】。 纺织印染废水是最大的污染源和水资源消耗者之一【4 】，是典型的高污染工 业废水。其污染物主要是棉毛等纺织纤维上的污物、盐类、油类和脂类，以及 加工过程中附加的各种浆料、助剂、表面活性剂、酸、碱等【5 j 。印染废水对环 境的危害主要是热污染、染料和色度的污染、浆料的污染、化学物质及氮磷营 养物质的污染、重金属的污染、有机卤化物、甲醛和酚类化合物的污染等。印 染废水因其具有复杂的有机成分且浓度高，可生化性差，c o d c r 值高，色度大， p h 波动大，有毒有害物质多而显得非常难处理。因此，研究和开发、推行先进的 废水处理工艺势在必行。 本课题是根据国内外印染废水的处理现状，结合我国环保发展趋势的实际 情况，选择毛毯印染废水进行实验研究，探讨采用以物化法和生化处理相结合 的组合工艺，重点研究采用一种新型的物化工艺一电絮凝法，解决其它物化处 理工艺对c o d 和色度等污染物的去除率低的问题。电絮凝法处理印染废水具有脱 色率高、c o d 去除率高、占地面积较小、耐冲击强和操作管理简便等优点，而生 化法处理印染废水具有c o d 、b o d 、s s 去除率高，能耗小，二次污染少的优点。 鉴于此，本课题将电絮凝法与生化工艺相结合，以实现电絮凝法与生化法优势 互补，通过实验寻找出一种处理毛毯印染废水最佳的电絮凝工艺参数，并在此 基础上，提出一条处理效率高、操作方便、技术可行、经济合理的达标排放工 艺路线。 1 2 国内外印染废水处理技术研究概况 1 2 1 我国印染废水排放特点及治理现状 从我国印染行业废水治理技术的现状来看，尽管经过多年努力，己研究和 开发了一批切实可行、行之有效的实用技术，解决了许多环境污染问题，但总 体上没有实质性的突破。特别是中小企业发展中存在着总体素质不高、增长方 式粗放、结构不合理等问题，加上污染企业环境保护意识淡薄，环保行政主管 部门执法力度的不够，加重了废水的治理难度。尤其近年来，我国印染废水污 染日益严重，根据相关媒体的报道和国内环保专家的观点，综合起来主要表现 在如下几个方面： ( 1 ) 国家对环境治理力度加大，排放标准的日益严格 随着社会经济的不断发展和人们环保意识的提高，特别是“松花江”流 域污染事件和“无锡太湖 蓝藻污染事件后，国家大力推行了“节能减排 、 “一湖一策 、“流域限批 等政策的实施，同时也加大了对工业污染源的治 理力度。根据纺织染整工业水污染物排放标准，在原有的国家标准基础上， 除类污水排放指标变化不大外，国家增加了i 类和i i 类污水b o d 、c o d c r 、色度、 悬浮物、氨氮、苯胺类、二氧化氯等指标的排放限定。随着排放标准的日益严 格，势必加大了对印染废水处理的难度。 ( 2 ) 纺织产业迅速发展与环保设施建设滞后的矛盾 近年来，我国中小纺织企业发展迅速，已成为推动经济社会发展的重要力 量。特别是我国加入w t o 后，给纺织印染行业在世界范围内开创了发展的新局面， 成为“利好 行业，每年的产量均以二位数增长，与此同时，污染物的排放量 也随之骤增，对环境的污染和危害在不断的增大，污水处理设施难以适应这一 新的特点而同步增大，进一步恶化了环境。 ( 3 ) 印染技术的发展水质发生了较大的变化，增大了废水处理的难度 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 等在印染行业中被大量使用，难降解有毒有机成分的含量也越来越多，有些甚 至是致癌、致突变、致畸变的有机物，因此，进入环境的染料数量和种类不断 增加，染料造成的环境污染日趋严重【5 l 。 印染废水污染物浓度较重，其水质随加工的纤维类和采用工艺以及使用的 染料的不同而异，污染组分差异很大。一般印染废水，ph 值为6 1 3 ，色度或 高达1 0 0 0 倍，c o d c r 为4 0 0 - - 4 0 0 0 m g l ，b o d 5 为1 0 0 - - 1 0 0 0 m g l 7 - 1 0 】。通常经调节 池后c o d 仍在8 0 0 - - 2 5 0 0 m g l 左右，且c o d 的组成中含有难处理的残余染料、助剂、 浆料等有机成分，其中碱减量废水c o d 高达1 0 0 0 0 0m g l 以上，这些废水处理起 来难度很大，不易达标。 ( 4 ) 中小企业工艺和装备落后 我国印染企业生产的大多数属中档、低档产品，相当一部分中小企业工艺 和装备落后，资源利用率低、环境污染重。难以保证废水处理设施的正常运行， 尤其是分散的印染工厂，废水不能集中处理，往往直接排放到河流湖泊中，对 环境造成很大的污染。 ( 5 ) 少数企业环保意识淡薄，环保注视程度不够 2 不少小型企业总体素质不高、环保意识淡薄，他们片面认为环保只有投入， 没有效益。所以在废水处理设施投入上，积极性不高，主动性不够。为了节约 投资，一味追求低价格，采用廉价设备、简化工艺方法、减少工艺流程、降低 施工质量。这样就造成有的废水处理设施建成后难以正常运行，形同摆设，环 保执法部门来检查时就运行，走后就停止运行。有的即使能运行，但由于缺乏 专业的环保管理人员，处理效果也很难达到理想状况。 ( 6 ) 印染废水处理方法的局限性 8 0 年代以前，我国印染废水的可生化性较高，c o i ) c r 浓度常在8 0 0 m g l 以 下，采用传统的生物与物化联合处理系统，出水即可达到排放标准。近二十年 来，印染废水水质发生了很大的变化。传统的印染废水处理方法，如吸附、悬 浮、过滤、混凝等具有设备简单，操作简便和工艺成熟的优点，但是这类处理 方法通常是将有机物从液相转移到固相或气相，不仅没有完全消除有机污染物 和消耗化学药剂，而且造成废物堆积和二次污染。生物法只能除去印染废水中 的b o d ，对于c o d c r 特别是有毒难降解有机物和色度的去除效果不明显。因此单 一的处理方法已不能满足当前印染废水发展的要求【”】。 1 2 2 国内印染废水处理研究概况 随着我国纺织印染行业原材料、染料和助剂的不断变化，印染工艺的不断 革新，清洁生产的大力推行，印染废水的污染物也在不断的变化之中。2 0 世纪 6 0 年代以来，特别是近年来，随着国家对环境治理力度的加大，在我国科学工 作者的努力下，开发和研制了许多新型的治理技术。概括起来印染废水处理工 艺的发展大致经历了这样的四个阶段。 ( 1 ) 印染废水治理的起步期一活性污泥法及生物膜法处理工艺 我国纺织印染废水治理工作始于6 0 年代初，最早投入使用的是保定化纤 厂粘胶废水治理工程、北京维尼纶厂酸醛废水治理工程，其后，安徽纺织印染 总厂染色废水处理工程也投入运行。自7 0 年代初，我国纺织印染废水治理的科 研工作逐步展开，至7 0 年代末n 8 0 年代初，我国有相当数量的纺织印染厂建成 了废水治理工程。在环境保护法等法规条例颁布后，我国的纺织印染废水 科研和治理工作又进一步得到推动【12 1 。 在这一时期的印染产品主要以棉花纤维为主，废水的可生化性较好，一般 b o d c o d 的比值为0 3 一o 3 5 ，常常采用活性污泥法处理后可获得满意的效果。 随着科学技术的不断进步，生物接触氧化法、塔式生物滤池等生物膜法技术获 得了较快的发展和应用。 ( 2 ) 印染废水治理的发展期厌氧一好氧的生物处理工艺 2 0 世纪8 0 年代末，由于棉混纺织物数量的增加，在棉机织产品印染废水中 存在一定数量的聚乙烯醇等化学浆料，因此单纯的好氧生物处理工艺难以将其 3 氧化分解，同时随着厌氧技术的不断应用，废水的处理工艺主要采用厌氧一好氧 的生物处理工艺。 ( 3 ) 印染废水治理的成熟期一以物化法和生化法组合工艺 随着棉印染产品中化学纤维的数量的增加，新型染料和助剂的采用，使印 染废水的成分更加复杂、色度变高、有机物含量增大，单纯依靠生化处理效果 很差，因此必须在生化处理之后再采用化学处理，以此来满足达标要求。经过 无数次实践，采用物化、生化相结合的处理工艺处理印染废水逐步走向成熟， 成为最合理的处理工艺。其中物理法有格栅与筛网、调节、沉淀、气浮、过滤 和膜技术等，化学法有中和、混凝、电解、氧化、吸附和消毒等，生化法有厌 氧生物法、好氧生物法、兼氧生物法和生物膜法等。 ( 4 ) 印染废水治理的高新技术探索和实践期 近年来，随着国家环保要求的提高，节能减排、提高废水再利用率、实现 废水资源化的政策实施，不但要求对印染废水处理能达标排放，还要求能进行 回用。为此我国科技工作者和一些环保企业经过不断的探索和研究，开发了一 些新的废水深度处理和回用工艺。这些高新技术有：高级氧化技术( 如光催化 氧化、电催化氧化、超临界氧化、湿式氧化和低温等离子体化学法等新技术) 、 膜分离技术、超声波技术和高能物理技术等。 根据中国纺织网中印染废水处理新技术与工艺文章报道，其中江苏省 嘉庆水务发展有限公司和江苏省环境科学研究院开发的硅藻精土印染废水处理 新工艺，宁波永峰环保工程科技有限公司研究的“预氧化b a f + 臭氧气浮+ 膜分 离”技术和江苏南大戈德环保科技有限公司开发的树脂法处理废水工艺，都经过 的实践证明是行之有效的新技术。 综上所述，尽管我国加大对印染废水的治理力度，科技工作者在消化吸收 国内外先进的技术同时也寻找到许多可行的废水处理工艺路线，但随着印染技 术的进步，新型原材料、染料和助剂的采用，加大了印染废水的治理难度，因 此，必须不断地寻求新的方法、新的技术、新的工艺，彻底地解决印染废水对 环境的污染问题。 1 2 3 国外印染废水处理研究概况 国外纺织印染废水处理在5 0 年代即开始，当时由于工业的发展，产生了环 境公害，很多国家开始投入力量进行研究。5 0 年代至6 0 年代，主要进行单一型 的技术研究。到7 0 年代，主要侧重于全面性研究，即区域治理方法的研究，把 各种治理技术与技术经济指标相联系，使印染废水的治理与区域或城市的总体 治理连在一起，成为其中的组成部分，避免重复治理。7 0 年代末到现在，比 较注意节约能源及资源的合理利用和提高环境质量的要求。 据中国纺织经济信息网报道，国外纺织印染行业比较发达的地区，如韩国 4 釜山、日本大阪、意大利米兰和墨西哥等地，印染企业较为集中，印染废水相 对较大，同时在这些地区自然地形成产业链，即本地区和周围地区形成上游配 套的原料生产、供应；纺织服装、服饰等下游产品生产、市场销售：三者形成 相对完整的产业链，这种生产相对集中、产量大、市场规模大、销量在国内、 国际有相当影响的“板块”经济对染整行业发展具有重要意义。 在我国从8 0 年代开始随着改革开放的不断深入，国家级和省级高新技术开 发区的建设如火如荼，许多印染工业园应运而生。大多经济发达地区印染产业 也从分散的布局进入开发区，逐步走上集团化和产业化，并形成了相对完整的 产业链，这与国外也很相似，这为废水的集中处理提供了条件。 根据相关文章叙述，国外在印染废水的处理方式上主要有二类。即工厂单 独处理和城市污水混合在城市污水处理厂处理。 意大利、日本等对印染废水处理采用工厂处理和城市污水综合处理相结合 的方法。在对印染废水初步处理后达到一定标准后和城市污水混合一起进入污 水处理厂处理。这样可以提高后续处理效果，如果印染厂多，则集中处理达到 排放标准。德国由于行业不集中，一般采用单厂处理的模式进行处理。在印染 厂建造污水处理厂，对厂内产生的废水进行处理，由于清洁生产和水资源回收 做得相对较好，处理后的水可以达到排放标准。另外德国的印染废水排放量也 较少，而且处理技术比较成熟，个别厂甚至做到“零排放 。 国外的处理技术主要以生化法处理为主，国外禁用硫化染料，对于废水量 少的，采用设备为主，对于废水量大的则采用以构筑物为主，但从处理技术的 原理上分析，似乎差别不大。然而从技术深度、自动化程度、设备质量上看， 均高于国内水平。 总之，国外对环境的重视程度和环保意识都比国内强，污染治理技术也较 先进。因此我国科技工作者应该汲取国外成功经验和先进的工艺技术，结合国 内的实际情况，彻底解决我国的环境污染问题。 1 3 课题研究的主要目的、内容及意义 1 3 1 主要研究目的 电絮凝法处理毛毯印染废水工艺研究的目的在于： ( 1 ) 通过实验寻找电絮凝法处理毛毯印染废水的较优工艺流程组合，提高 印染废水污染物的c o d c r 、色度的去除率，提高物化处理效果； ( 2 ) 通过毛毯印染废水处理工程实例，根据实验结果，设计经济、合理、 科学、先进的工艺处理路线，优化工艺参数，总结经验，以使印染废水处理技 术有一个新的发展； ( 3 ) 实现毛毯印染废水达标排放，消除印染废水对环境的污染。 1 3 2 主要研究内容 本文重点研究了处理印染废水的一种预处理方法一电絮凝法，通过实验寻 找最佳的工艺参数，探讨了电絮凝法处理印染废水的原理，并通过典型的工程 实例，设计了一条经济、合理、科学、先进和最佳的印染废水处理工艺路线。 其内容包括以下四个方面： ( 1 ) 进行单因素实验，分别采用直流电絮凝法和脉冲电絮凝法对某毛毯 厂印染废水进行处理，确定两种电絮凝法处理印染废水，c o d e r 和色度的去除率 较高、能量消耗较低时，影响因素电絮凝时间、电源电压的取值范围。 ( 2 ) 进行正交实验，以c o d c r 去除率、色度去除率和能耗为考察指标，确 定电源类型、电絮凝时间和电源电压的较优工艺参数； ( 3 ) 进行紫外可见光光谱实验，采用直流电絮凝法对模拟染料废水进行 处理，并对模拟染料废水在2 0 0 8 0 0 n m 范围内进行扫描，比较不同处理时间模 拟废水紫外可见光光谱的变化，探讨电絮凝法处理染料废水的机理。 ( 4 ) 在实验的基础上，确定以电絮凝法作为主要预处理手段的最佳工艺 参数，确定毛毯印染废水处理的工艺流程，提出了最佳的处理路线。 1 3 3 课题研究的意义 由于电絮凝技术是一种具有发展前景的水处理技术，同时目前采用电絮凝 方法来处理工业废水的报道较少。而印染废水是工业废水污染物复杂、处理难 度非常大的一种工业废水。本文针对其废水色度大、c o d e r 浓度高的特点，专 门采用了电絮凝技术作为预处理，降低印染废水的色度、c o d e r 浓度，为后续 处理工艺发挥最佳的处理效率创造了有利的条件，最终实现的废水达标排放。 这种处理方法在目前国内外的研究报道中也是不多见的。 因此，本文希望通过电絮凝法处理印染废水的研究为废水处理领域提供一 条新的可行的技术路线，通过对工艺参数与处理效果的分析，为电絮凝技术的 广泛应用提供可行性研究资料。同时，电絮凝法处理印染废水不仅可以解决环 境污染问题，还可以创造可观的经济效益，推动了我国印染环保技术进步，为 社会创造了财富，具有十分重要的理论意义和现实意义。 6 第二章实验部分 2 1 实验目的及内容 2 1 1 实验的目的 印染废水处理手段过去以生化法为主，辅以物理法和化学法。由于近年来 化纤织物的发展和印染整理技术的进步，使新型染料、p v a 浆料、新型助剂等 难生化降解有机物大量进入印染废水，给处理增加了难度。使传统的生化处理 系统c o d c r 去除率大都由原来的7 0 下降至u 5 0 左右，甚至更低【”】。传统的生化 系统脱色更是一个难题，色度的去除率仅仅只有2 0 一3 0 。因此，寻找一个 最佳的物化处理工艺是解决印染废水处理的关键。 本实验试图解决这一难题，采用一种新型的预处理方法一电絮凝法。通过 实验寻找最佳的工艺参数，提高印染废水处理的工艺过程中预处理的c o d c r 去除 率和色度的去除率，为后续处理工艺更好地发挥作用打下基础。 2 1 2 实验的内容 本次研究针对以下内容进行实验。 ( 1 ) 单因素实验，分别采用直流电絮凝法和脉冲电絮凝法对某毛毯厂印染 废水进行处理，以c o d c r 去除率、色度去除率和能耗为考察指标，确定处理效果 较优时电絮凝时间、电源电压的取值范围； ( 2 ) 正交实验，以c o d c r 去除率、色度去除率和能耗为考察指标，确定电 源类型、电絮凝时间和电源电压的最佳工艺参数； ( 3 ) 采用直流电絮凝法对模拟染料废水进行处理，并对模拟染料废水在波 长2 0 0 8 0 0 n m 范围内进行扫描，比较不同处理时间模拟废水紫外一可见光光谱的 变化，探讨电絮凝法处理染料废水的机理。 2 2 印染废水特点 纺织印染工业是我国具有优势的传统支柱的行业，其废水具有水量大、有 机污染物含量高、碱性大、水质变化大等特点【1 4 】，属难处理的工业废水之一， 废水中含有染料、浆料、助剂、油剂、酸碱、纤维杂质、无机盐等【5 】。 印染废水的水质成份复杂，污染物按来源主要可分为两类：一类来自纤维 原料本身的夹带物：另一类是加工过程中所用的浆料、油剂、染料、化学助剂 等【1 6 】。分析其废水特点，主要为以下几方面： ( 1 ) 废水水量大 印染厂的漂练、染色、印花和整理等生产工艺过程都会产生大量的废水。 如棉制品印染水耗达3 0 0 1 k g 以上，除少量蒸发外，都成为废水。 ( 2 ) 废水水质成份复杂 7 印染废水水质随原材料、生产品种、生产工艺、管理水平的不同而有所差 异，导致各个印染工序排放后汇总的废水组分非常复杂。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大量使 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、致突变、致畸 变的有机物，对环境尤其是水环境的威胁和危害越来越大r 。7 】。 ( 3 ) 废水有机物含量高、降解物质多、可生化性差 由于不同染料、不同助剂、不同织物的染整要求，所以废水中的p h 值、 c o d e r 、b o d 5 等也各不相同，通常经调节后c o d c r 为8 0 0 1 2 0 0 m g l ，碱减量 废水，其c o d c r 值有的可达1 0 万m g l 以上。同时废水的b o d s c o d e r 值均 很低，一般在2 0 左右，可生化性差，因此需要采取措施，使b o d s c o d e r 值提高到3 0 左右或更高些，以利于进行生化处理。 ( 4 ) 废水的色度高 印染生产过程中使用各种染料，因此有部分染料留在废水中，这样废水的 色度假高，有的可高达4 0 0 0 倍以上。所以印染废水处理的重要任务之一就是进 行脱色处理，为此需要研究和选用高效脱色菌、高效脱色混凝剂和有利于脱色 的处理工艺。 ( 5 ) 废水碱性大 印染废水碱性大，通常p h 值芝1 2 ，尤其是煮练废水和碱减量废水。因此必 须进行预处理，把碱回收。并投加酸降低p h 值，经预处理达到一定要求后， 再进入调节池，与其它的印染废水一起进行处理。 ( 6 ) 废水水质变化大 印染生产中，由于织物的种类及加工的花色品种受原料、季节市场需求的 变化而经常变化，因此印染废水的水质会出现大幅的变化。其次，印染过程是 连续的，但废水的排放通常是间歇的，此外，由于开机的台数随生产的安排地 有增减，所以废水排放量极不均匀，造成废水的水质波动大。 综上所述，印染废水的具有水量大、有机污染物成分复杂含量高、色度深、 碱性和p h 值变化大、水质变化剧烈等特点，可见印染废水对环境的污染是十 分严重，处理难度很大。面对如此严重的水污染状况，对印染废水进行有效地 处理已经显得刻不容缓。为了更快地改善我国的水环境，保护水资源，必须在 学习国外成功的先进经验的同时，加大研究和开发新的印染废水处理技术力度 和步伐，同时应结合我国的实际情况，因地制宜，研究、开发一批能满足排放 要求、处理效果好、基建费用低的废水处理新工艺、新设备和新技术已迫在眉 睫。 8 2 3 印染废水处理技术 2 3 1 概述 废水的处理方法大体上可分为两类。 一类是通过各种外力作用，把有害物从废水中分离出来，称为分离法，包 括混凝沉淀法、吸附法、气浮法、萃取法、离子交换法、电解法、电渗析法、 超滤法、磁分离法等。 另一类是通过化学或生化的作用，使其转化为无害的物质或可分离的物质， 后者再经过分离给予除去，称为转化法。转化法包括化学转化法和生物转化法。 化学转化法有中和法、氧化还原法、化学沉淀法和电化学法。生化转化法有活 性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法等。 2 3 2 混凝沉淀法 通过投加混凝剂使水中难以自然沉淀的胶体物质以及细小的悬浮物聚集成 较大的颗粒，使之能与水分离的过程称为混凝。 混凝是水处理的重要方法，能去除浊度和色度，还能对水中的无机和有机 污染物有一定的去除效果。 混凝的机理随着采用的混凝剂种类和投加量、胶体颗粒的性质、含量以及 溶液的ph 值等环境因素的不同，一般可分为电性中和、吸附架桥和沉淀物的卷 扫( 网捕) 三种作用机理。上述三种混凝机理在水处理过程中，往往是同时存 在的，只不过随不同的药剂、投加量和水质条件而发挥作用的程度不同，以某 一种作用为主【18 1 。 混凝法处理染料废水的研究主要是混凝剂的研究开发，包括无机混凝剂、 有机混凝剂以及天然高分子混凝剂，其中有机无机复合型混凝剂成为近来研究 的热点【1 9 】。张凯松等【2 0 】研究表明，采用他们研制的无机有机复合混凝剂处 理染料废水，效果比p a c 更为显著。 常用的絮凝剂有无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂等。在染 料废水中投加铝盐、铁盐等絮凝剂，使其水解形成带高电荷的羟基化合物，它 们对水中憎水性染料分子如硫化染料、还原染料、分散染料的混凝效果较好。 而对酸性染料、活性染料、特别是对小分子量、单偶氮键、含有数个磺酸基的 水溶性染料的混凝脱色效率较差。硫酸亚铁对带负电s 0 3 、o h 、- n h 2 、x 等 基团的染料分子也具有较好的混凝脱色效果。这主要是由于亚铁离子可以与上 述基团的未共用电子对发生配位反应而形成大分子鳌合物，降低了水溶性，在 染料废水中呈胶体状态，进而通过硫酸亚铁水解产物的混凝作用被去除。在含 水溶性阴离子染料的废水中投加镁盐，在碱性条件下可形成化学絮凝。p h 对镁 盐的混凝作用影响很大，一般要求p h l1 。含磺酸基团的染料脱色效果优于含 羧酸基团的染料，这些阴离子基团容易成为氢氧化镁的吸附作用点【z 1 】。 9 2 3 3 吸附法 在染料、染色废水处理中，吸附法主要应用于预处理( 减少水处理主体装置 负荷，回收有机物质) 和深度处理( 提高处理水质量，满足回用水水质要求) 。主 要吸附剂有白土、硅藻土、磺化煤、粉煤灰、木炭、活性炭、珍珠岩、甲壳、 纤维素、树脂等，其中常用是活性炭和树脂吸附剂。吸附作用发生在固液两相 界面上，固体吸附剂对溶质的作用不同，产生物理吸附、化学吸附和离子交换 吸附f 2 2 1 。硅藻土表面为大量硅羟基与氢基复盖，有学者【2 3 1 采用浙江和吉林硅 藻土对甲基蓝研究了吸附等温线，当ph = 1 3 时吸附量最大，可达9 4 9 8 m g g 。 另有报道【2 4 1 ，用硅藻土复合净水剂对印染厂生化系统出水进行实验，结果c o d 与色度去除率分别在7 4 和9 3 以上。 2 3 4 废水焚烧处理技术 近1 0 年来，精细化工迅速发展，环境污染成为社会关注的问题，用焚烧法 处理高浓度含盐染料废水，引起人们注意和兴趣。发达国家把高新技术应用在 焚烧技术的研究上，使焚烧技术迅速发展，为化学工业高浓度有机废水焚烧处 理提供广阔的应用前景【2 2 1 。 2 3 5 生化处理技术 生化处理技术包括好氧生化处理和厌氧生化处理方法。 ( 1 ) 好氧生化处理又分为活性污泥法和生物膜法。好氧生化处理是染料、染 色废水处理的主要方法。 活性污泥法是在有氧情况下，废水中的有机物通过活性污泥吸附、氧化、 还原、合成的过程，把有机物氧化成简单无机物。活性污泥法处理效率高、速 度快、比较经济。活性污泥法处理染料、染色废水是很复杂的过程，主要依靠 两个阶段：在吸附阶段，废水水中的胶态物质及一些溶解性的有机物能被其所吸 附，而且吸附阶段同时还进行吸收和氧化作用。在氧化阶段，微生物通过氧化、 还原、合成等过程将被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时继续吸附和吸 收溶解物质。吸附达到饱和后，污泥失去活性，经过氧化除去吸附的有机物后， 污泥重现活性，恢复吸附和氧化能力。 生物膜法是一大类生物处理法的统称，主要设施是生物滤池、生物转盘、 生物接触氧化池和生物硫化床等，共同的特点是微生物附着在介质“滤料 表 面上，形成生物膜，污水接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化为h 。0 、 c o 。、n h 。和微生物细胞物质，污水得到净化，所需氧气一般直接来自大气【2 引。 ( 2 ) 厌氧法是在厌氧条件下，通过厌氧微生物对有机物进行酸性发酵和碱性 发酵两个阶段的厌氧分解完成代谢过程，即在产酸微生物作用下有机物转化为 l o 低级脂肪酸、醇、氨、二氧化碳等中间产品，而后在甲烷细菌作用下再转化为 甲烷、二氧化碳。厌氧法代谢速度慢、停留时间长、容器体积大、消化过程复 杂、影响因素多、对过程参数控制严格、有安全问题、工程造价高，而且厌氧 代谢受氧体是有机物及硫酸盐、硝酸盐等含氧化合物，容易还原，有机物氧化 不完全，处理水质不够稳定，一般用