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毕业设计开题报告
武汉科技学院毕业设计(论文)开题报告
课题名称
2000m3/d印染废水处理站设计
院系名称
环境与城建学院
专业
环境工程
班级
环境061
学生姓名
1.课题意义
印染行业是工业废水排放大户,据不完全统计,全国印染废水每天排放量为3×106~4×106m3。
印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大等特点,属难处理的工业废水。
近年来由于化学纤维织物的发展,仿真丝的兴起和印染后整理技术的进步,使PVA浆料、人造丝的碱解物(主要是邻苯二甲酸类物质)、新型助剂等难生化降解有机物大量进入印染废水,其COD浓度也由原来的数百mg/L上升到2000~3000mg/L,从而使原有的生物处理系统COD去除率从70%下降到50%左右,甚至更低。
传统的生物处理工艺已受到严重挑战;传统的化学沉淀和气浮法对这类印染废水的COD去除率也仅为30%左右。
因此开发经济有效的印染废水处理技术日益成为当今环保行业关注的课题。
2.印染废水的处理
2.1废水来源
印染加工的四个工序都要排出废水,预处理阶段(包括烧毛、退浆、煮炼、漂白、丝光等工序)要排出退浆废水、煮炼废水、漂白废水和丝光废水,染色工序排出染色废水,印花工序排出印花废水和皂液废水,整理工序则排出整理废水。
印染废水是以上各类废水的混合废水,或除漂白废水以外的综合废水。
印染废水的水质随采用的纤维种类和加工工艺的不同而异,污染物组分差异很大。
一般印染废水pH值为6~10,CODCr为400~1000mg/L,BOD5为100~400mg/L,SS为100~2 00mg/L,色度为100~400倍。
但当印染工艺及采用的纤维种类和加工工艺变化后,废水水质将有较大变化。
如,当废水中含有涤纶仿真丝印染工序中产生的碱减量废水时,废水的COD将增大到2000~3000mg/L以上,BOD5增大到800mg/L以上,pH值达11.5~12,并且废水水质随涤纶仿真丝印染碱减量废水的加入量增大而恶化。
当加入的碱减量废水中CODCr的量超过废水中CODCr的量20%时,生化处理将很难适应。
2.2印染废水处理的物理法--吸附法
在物理处理法中应用最多的是吸附法,这种方法是将活性炭、粘土等多孔物质的粉末或颗粒与废水混合,或让废水通过由其颗粒状物组成的滤床,使废水中的污染物质被吸附在多孔物质表面上或被过滤除去。
目前,国外主要采用活性炭吸附法(多半用于三级处理),该法对去除水中溶解性有机物非常有效,但它不能去除水中的胶体和疏水性染料,并且它只对阳离子染料、直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料具有较好的吸附性能。
Saito T.等人的研究表明,活性炭的吸附率、BOD去除率、COD去除率分别达93%、92%和63%,活性炭吸附能力可达到500mgCOD/g炭,污水如先曝气,则会加快吸附速率。
但若废水BOD5>200mg /L,则采用这种方法是不经济的。
吸附处理使用的吸附剂多种多样,工程中需考虑吸附剂对染料的选择性,应根据废水水质来选择吸附剂。
研究表明,在pH=12的印染废水中,用硅聚物(甲基氧)作吸附剂,阴离子染料去除率可达95%~100%。
高岭土也是一种吸附剂,研究表明经长链有机阳离子处理,高岭土能有效地吸附废水中的黄色直接染料。
此外,国内也应用活性硅藻土和煤渣处理传统印染工艺废水,费用较低,脱色效果较好,其缺点是泥渣产生量大,且进一步处理难度大。
2.3印染废水的化学处理法
2.3.1混凝法
主要有混凝沉淀法和混凝气浮法,所采用的混凝剂多半以铝盐或铁盐为主,其中以碱式氯化铝(PAC)的架桥吸附性能较好,而以硫酸亚铁的价格为最低。
近年来,国外采用高分子混凝剂者日益增加,且有取代无机混凝剂之势,但在国内因价格原因,使用高分子混凝剂者还不多见。
据报道,弱阴离子性高分子混凝剂使用范围最广,若与硫酸铝合用,则可发挥更好的效果。
混凝法的主要优点是工艺流程简单、操作管理方便、设备投资省、占地面积少、对疏水性染料脱色效率很高;缺点是运行费用较高、泥渣量多且脱水困难、对亲水性染料处理效果差。
2.3.2氧化法
臭氧氧化法在国外应用较多,Zima S.V.等人总结出了印染废水臭氧脱色的数学模式。
研究表明,臭氧用量为0.886gO3/g染料时,淡褐色染料废水脱色率达80%;研究还发现,连续运转所需臭氧量高于间歇运行所需臭氧量,而反应器内安装隔板,可减少臭氧用量16.7% 。
因此,利用臭氧氧化脱色,宜设计成间歇运行的反应器,并可考虑在其中安装隔板。
臭氧氧化法对多数染料能获得良好的脱色效果,但对硫化、还原、涂料等不溶于水的染料脱色效果较差。
从国内外运行经验和结果看,该法脱色效果好,但耗电多,大规模推广应用有一定困难。
光氧化法处理印染废水脱色效率较高,但设备投资和电耗还有待进一步降低。
2.4电化学法
电化学法具有设备小、占地少、运行管理简单、CODcr去除率高和脱色好等优点,但是沉淀生成量及电极材料消耗量较大,运行费用较高。
传统的电化学法可分为电絮凝法、电气浮法、电氧化法以及微电解、电解内法等。
国外许多研究者从研制高电催化活性电极材料着手,对有机物电催化影响因素和氧化机理进行了较系统的理论研究和初步的应用研究,国内在这一领域的研究还刚刚起步。
采用三维电极处理苯酚废水。
设计一种三相三维电极电化学反应器。
国内学者也进行了这方面的研究。
2.5生物处理法
生物处理法主要包括好氧法和厌氧法。
目前国内主要采用好氧法进行印染废水处理。
好氧法又分为活性污泥法和生物膜法。
活性污泥既能分解大量的有机物质,又能去除部分色度,还可以微调pH值,运转效率高且费用低,出水水质较好,适合处理有机物含量较高的印染废水;生物膜法对印染废水的脱色作用较活性污泥法高。
但是生物法存在着三个自身无法解决的问题:
①剩余污泥的处里费用较高;②单一运用生物法己不能满足实际运用的需要;③有时需要在其前端加一道提高废水可生化性的预处理,提高了投资及运行成本。
单一的好氧生物处理只能去除废水中的部分易降解的有机物,色度问题无法解决。
为了降低消耗及去除废水中较难降解的有机污染物,出现了厌氧-好氧新型处理工艺和生物强化技术。
厌氧-好氧法可先由厌氧过程中的产酸阶段,去除部分较易降解的有机污染物,将较难降解的大分子有机物分解为较简单的小分子有机物,再通过好氧生物处理过程进一步去除。
厌氧-好氧法处理难生化降解的印染废水具有除污染效率高、运行稳定和较强的耐冲击负荷能力等特点。
有研究报道,采用厌氧-好氧工艺处理印染废水,在进水CODcr为1085mg/L,BODS为315mg/L的情况下,二者的去除率分别可达83.9和76.2,再经硫化床自然氧化和混凝沉淀处理,去除悬浮物,排水可达排放标准。
由于传统的生物方法对色度的去除往往不够理想,国内外许多学者致力于培育或改良高降解活性菌种用于印染废水处理,产生了生物强化技术。
其机理为向废水处理系统中投加自然界中的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种,增强生物量,强化生物量的反应,以去除某一种或某一类有害物质为目的。
目前,生物强化技术最普遍的应用方式是直接投加对目标污染物具有特效降解能力的微生物。
2.6高新技术的应用和实践
2.6.1光化学氧化法
光化学氧化法由于其反应条件温和(常温、常压)、氧化能力强和速度快等优点。
光化学氧化可分为光分解、光敏化氧化、光激发氧化和光催化氧化四种。
目前研究和应用较多的是光催化氧化法。
光催化氧化技术能有效地破坏许多结构稳定的生物难降解的有机污染物,具有节能高效、污染物降解彻底等优点,几乎所有的有机物在光催化作用下可以完全氧化为CO2、H2O等简单无机物。
但是光催化氧化方法对高浓度废水效果不太理想。
关于光催化氧化降解染料的研究主要集中在对光催化剂的研究上。
其中,TiO2化学性质稳定、难溶无毒、成本低,是理想的光催化剂。
传统的粉末型TiO2光催化剂由于存在分离困难和不适合流动体系等缺点,难以在实际中应用。
近年来,TiO2光催化剂的搀杂化、改性化成为研究的热点。
2.6.2膜分离技术
膜分离技术处理印染废水是通过对废水中的污染物的分离、浓缩、回收而达到废水处理目的。
具有不产生二次污染、能耗低、可循环使用、废水可直接回用等特点。
膜分离技术虽然具有如此多的优点,但也存在着尚待解决的问题,如膜污染、膜通量、膜清洗、以及膜材质的抗酸碱、耐腐蚀性等问题,所以,现阶段运用单一的膜分离技术处理印染废水,回收纯净染料,还存在着技术经济等一系列问题。
现在膜处理技术主要有超滤膜,纳米滤膜和反渗透膜。
Jian-JunQin等运用纳米膜处理印染废水,染料的去除率达99.1。
当前关于膜分离技术的研究主要集中在其与其他处理技术的结合方面,形成了废水深度处理及回收利用极有前途的物理化学处理新技术。
2.6.3超声波技术
利用超声波可降解水中的化学污染物,尤其是难降解的有机污染物。
它集高级氧化技术、焚烧、超临界水氧化等多种水处理技术的特点于一身,降解条件温和、降解速度快、适用范围广,可以单独或与其它水处理技术联合使用。
该方法的原理是废水经调节池加入选定的絮凝剂后进入气波振室,在额定的震荡频率的激烈震荡下,废水中的一部分有机物被开键成为小分子,在加速水分子的热运动下,絮凝剂迅速絮凝,废水中色度、COD、苯胺浓度等随之下降,起到降低废水中有机物浓度的作用。
目前超声技术在水处理上的研究已取得了较大的成果,但绝大部分的研究都还局限于实验室水平上。
2.6.4高能物理法
高能物理法是一种新的水处理技术,当高能粒子束轰击水溶液时,水分子发生激发和电离,生成离子、激发分子、次级电子,这些辐射产物在向周围介质扩散前会相互作用产生反应能力极强的物质HO·自由基和H原子,与有机物质发生作用而使其分解。
高能物理法处理印染废水具有有机物的去除率高、设备占地小、操作简单、用来产生高能粒子的装置昂贵、技术要求高、能耗大、能量利用率不高等特点。
若要真正投入实际运行,还需进行大量的研究工作。
3.工艺的选择
从我国印染行业废水治理技术的现状来看,经过多年努力,已有一系列处理效果好的工艺应用到实际工程中。
一般来说,都综合采用了“生化+物化”的主体处理工艺,但生化过程所采用的形式各有不同,如UASB工艺、SBR工艺等,充氧型式有接触氧化、活性污泥等,水流工艺有推流式、升流式等等;物化过程有的采用沉淀,有的采用过滤,有的采用吸附等等。
由于处理要求进水水质
CODCr800mg/L
BOD5250mg/L
SS450mg/L
pH﹥13
色度500倍
出水水质
CODCr100mg/L
BOD525mg/L
SS70mg/L
pH=6~9
色度40倍
故选择工艺为:
投加硫酸+水解酸化+生物接触氧化法。
3.1硫酸投加
投加硫酸与废水中碱性中和,减低溶液的PH值。
3.2水解酸化法
作用机理:
一般把厌氧发酵过程分为四个阶段,即①水解阶段;②酸化阶段;③酸衰退阶段④甲烷化阶段,而中解反应地把反应过程控制在前面的水解与酸化二个阶段。
水解阶段,可使固体有机物质降解为溶解性物质,大分子有机物质降解为小分子物质,在产酸阶段,碳水化合物等有机物降解为有机酸,主要是乙酸,丁酸和丙酸等。
水解和酸化反应进行得相对较快,一般难于将它们分开,此阶段的主要微生物是水解--产酸细菌。
在水解酸化反应过程中首先大量微生物将进水中呈颗粒与胶体状有机物迅速截留和吸附,这是一个快速的物理过程,只需几秒钟到几十秒就进行完全;补截留下来的有机物吸附在水解污泥表面,被缓慢分解;它在系统中的停留时间取决于污泥停留时间,与水力停留时间无关;在水解产酸菌的作用下将不溶性有机物水解成为可溶解性物质,同时在产酸菌的协同作用下将大分子,难于生物降解的物质转变为易于降解的小分子物质,并重新释放到溶液中,在较高的水力负荷下随水流出系统;由于水解和产酸菌世代期较短,因此这一过程也是迅速的。
污水
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