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1、 化工环保概论 课程论文 专业：化学工程与工艺 班级：化学工程与工艺一班 组别： 二 学号： 姓名：李俊岭 日期：2013年03月23日 印染废水处理方案设计一、 研究背景与意义印染行业是纺织行业的中游产业，是将各类纤维加工制成的坯布，通过染色和印花工艺，生产出各类带色彩和图案的织物.印染行业在纺织工业中占有重要地位，印染后整理水平一定程度反映了一个国家纺织加工的水平，它是体现纺织产品经济价值和提高纺织品和服装附加值的重要因素.我国印染行业有着悠久历史，上世纪初，以机械进行工业化生产的印染业开始在我国发展.至上世纪二十年代，国产阴丹士林布、海昌蓝布等产品曾为抵制洋货、推广国货运动、发扬爱国主义
2、精神作出过积极贡献.建国以后，印染行业与纺织行业中的其它行业一起得到了迅速发展，“一五”、“二五”期间，相继建立了具有一定规模的大、中印染企业.与此同时，先后推出“五四”型、“六五”型、“七四”型等机型，为适应当时印染行业的发展需要作出了成绩.改革开放以来，我国印染行业规模和技术水平有了较大进步，到 2001 年，全行业从业人员 27.8 万人，产量达 178 亿米，工业总产值达 614 亿元，销售收入达 556 亿元.且在质量、品种、装备上都有了一定的改善，但总体上与国际水平相比还有相当大的差距，技术改造任务还相当重要.产品结构不适应国内外市场的需要，缺乏产品开发能力；工业技术和管理落后，不
3、能满足我国服装业迅猛发展的需要.近年来，特别是德国于 1994 年提出的禁用 2 类产生对人体有害芳香胺的 118 种偶氮染料后，引起我国印染和染料化工行业的高度重视，积极应对，以适应世界潮流的需要1.二、 国内外研究现状1.国外印染废水处理情况国外废水的处理方法以生物法为主,如日本的生物法占93%,英国占85%;美国占68%.工艺上大多采用生化和物化联合工艺路线,生化法有COD去除率高,污泥量少,工艺成熟、运转费用低等优点.若运转正常,生化法对印染废水的处理水平可以达到,BOD去除率为70%一95%,COD的去除率30%一70%,处理后的出水,BOD可以达到排放标准.令人担忧的是生化法对CO
4、D和色度的去除往往是低效率的,尤其对高分子合成浆料及可溶性染料更显得能力不足,此外,生物法还由于重金属Ag,Cd,Pb.Cr、As的存在导致活性反应体中毒而失去活性,含重金属的剩余污泥极难处置.生物法对氮元素的去除也是低效率的，生物、色度的去除大多在50%左右.随着各国各地区排放标准的完善和管理措施的日趋严格,提高COD、色度的去除效果颇为迫切,因而在治理工艺上开始考虑引进物化处理设施,在众多的物化手段中,优先被采用的通常是混凝技术,在一些新建的处理设施中更是如此.发达国家从七十年代开始利用物化手段去除一些生物法不能去除的有机物及染料,以期降低处理出水的COD及色度,专家们认为混凝是去除COD
5、和降低色度的有效方法之一.许多工厂把混凝作为一个初级处理.今天,国外混凝生化联合工艺处理印染废水已相当普遍,在工艺流程多是在原有生化装置的基础上把混凝作为一补助手段.由于在发达国家里,印染厂所用的许多助剂生化性还是比较好的,所以在生化前投加少量混凝剂,再进入生化设施,效果很好.混凝及其它物化技术在整个印染水处理愈来愈显示出其重要地位.混凝能去除疏水性染料以及生化后难以去除的物质,所以它在一定程度上能弥补生化技术的一些不足.在印染废水处理中混凝+活性污泥的工艺路线相当普遍和有效.混凝技术本身有很大的局限性,而且目前仍然是硫酸铝、碱铝、三氯化铁、硫酸亚铁和石灰石等几种常用混凝剂,在新的混凝剂开发及
6、应用方面进展不大.以往国外印染废水的处理是以减少污染物的排放为目标.由于水资源日益匾乏,考虑到废水的回用以及排放标准的提高,印染废水的脱色处理成为众人注目的问题.从处理技术上分析,去除有机物和脱色并非一回事.目前全世界染料年产量约为830,000吨,其中的56%用于纺织品的染色,而在纺织品染色加工过程中有10一20%染料作为废物排出,因此,印染废水的脱色处理显得更为迫切,所进行的研究也很多2.2.国内印染废水处理情况据统计,全国印染厂每年排放废水约65亿吨左右,占整个纺织工业费水排放量的80%.其特点是废水量大,水质复杂,有机物浓度高,难于生物降解的物质多,色度深,导致生态环境破坏.全国印染加
7、工企业大多数集中在浙江、江苏、广东、山东等经济发达、人口集中地区,是纺织工业废水处理的重点.另外,我国生生产单位的印染产品的耗水量是国外的3倍,排污总量是国外企业的12一18倍.因此对印染废水的治理意义重大.80年代以前,我国印染废水的可生化性较高,CODcr浓度常在800mg/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;
8、生物法只能除去印染废水中的BOD,对于COD特别是有毒难降解有机物和色度的去除效果不明显.单一的处理方法已不能满足当前印染废水发展的要求.目前我国废水处理普遍采用物化处理+生化处理,但处理效果不够稳定,一般很难达到排放标准.为获得高效的废水处理效果,人们致力于开发高效的化学助剂如絮凝剂、离子交换剂以及吸附剂,研发新的废水处理技术,如电化学脱色技术、辐照技术、高级氧化工艺如UV一双氧水氧化工艺、臭氧氧化工艺和超滤膜技术等.3 3.国内外印染废水处理差别4 国内外印染废水处理情况的差别,主要集中在以下几点: 1）产品档次不同、利润不同,因而环保投入不同我国是发展中国家,印染产品的档次比较低,集中在
9、中低档产品,利润很低.例如,目前我国染lm布,加工费仅2一3元,有的更低.同样在发达国家生产的印染产品档次比较高,产品附加值高,导致产品利润高.另外,发达国家对印染废水处理的投入比较高,我国与国外在层次、质量、自动化程度、运行费用等方面相差较大.另外,国内外印染产品在所用原材料方面差距也也比较大. 2）环保立法和执法力度不同国外的环保立法很严格,对污染环境的企业和个人的处罚也很严厉.我国的环保立法还不够完善,没有达到发达国家水平,在执法过程中也受到种种因素的干扰,使得执法力度也不够. 3）清洁生产、资源回收概念和认识差别目前,清洁生产的概念越来越多的被应用到企业中,希望在企业的全生产过程实施清
10、洁生产,尽可能地减少对环境的污染和破坏.但从我国的发展情况来看,国内真正实施清洁生产并且有效的企业较少,反而浪费资源的事情时有发生.我国大中型纺织印染企业的生产工艺达到国外七十年代末、八十年代初的水平,少数企业达到九十年代水平;大量的乡镇企业相当于我国六十年代末水平,少数达到八十年代水平.大中型企业的生产装备水平大多为国际七、八十年代水平,个别设备达到九十年代水平.自动控制设备和人工辅助控制设备分别占10%和80%.就纺织产品生产全过程而言,以单位产品计算我国能源和资源消耗比发达国家(美国、日本等)高1一2倍,而劳动生产率仅为国外的3/8,差距极为明显,对环境无害化技术存在巨大需求.而国外对清
11、洁生产的实施力度和范围都很大,在全国范围内开展了企业实施清洁生产的活动,取得了很好的成效.生产过程资源浪费明显减少,提高了回用水的利用率,回收废弃物中的有用资源,降低产品的成本.这些都证明实施清洁生产的重要性和必要性.三、个人方案设计1、 处理任务 福建省某印染有限公司采用的原料为纯棉或涤棉坯布，染料有直接和分散染料，助剂有烧碱、碳酸钠、双氧水、表面活性剂、工业食盐、起毛剂等.废水为连续排放，但水量、水质变化大，无固定规律，根据福建省某印染有限公司提供并结合同类型企业的资料，其废水水质参数如下：该厂污水数据GB4287-92规定废水量800吨/天2.5m3/百米布(幅宽 914mm)COD76
12、7mg/l100mg/lBOD5868mg/l25mg/lSS121mg/l70mg/lpH91269氨氮15.1mg/l15mg/l硫化物2.3mg/l1.0mg/l色度120倍40倍(稀释倍数)2、处理方案流程（物化法-生化法） A 物化法1） 絮凝沉降 可行性分析：聚合氧化铝中铝离子水解产生絮状沉淀，可吸附印染水中的污染物并共同沉淀予以去除. 加入一定量20 g/L 的聚合氯化铝,在一定pH 值条件下搅拌一段时间(絮凝沉降处理).搅拌7-14 min 时,COD 值和色度去除率随搅拌时间的延长而增大,搅拌可加速铝离子水解,使絮凝剂与水均匀混合,去除效果好.14-35 min 时,COD值
13、去除率随搅拌时间的延长而减小.随着搅拌时间的延长,生成的大絮凝体被打碎,絮凝效果变差.色度去除率随搅拌时间的延长而减小(28 min 时色度去除率产生偏差是因为用稀释倍数法测色度会产生随机误差).絮凝沉降法处理印染废水的最佳工艺条件为:处理100 mL 废水时,搅拌时间为14 min,需加入质量浓度为20 g/L 的聚合氯化铝2.0 mL,pH 值为8.0.在此条件下,处理后印染废水的COD 值为443mg/L,去除率为42.23%;色度为21倍,去除率为82.5%5.2）物理吸附可行性分析：粉煤灰结构6是在粉煤燃烧和排出的过程中形成的,比较复杂,多孔性结构使其具有一定的吸附能力,运用粉煤灰作
14、吸附剂可达到降低成本、以废治废的目的.7目前粉煤灰在印染废水处理中的应用有:作为吸附剂直接处理印染废水8或与其他助剂联合处理印染废水;改性后作为吸附剂处理印染废水. 用聚合氯化铝处理后的100mL废水,然后再用粉煤灰吸附,粉煤灰用量为5g,p搅拌时间为20 min 时,COD 值去除率为73.51%,117.4mg/l；色度去除率为89.17%，2.2倍（色度已达标准）;SS及氨氮因为本身超标很少，也均已达标5.B 生化法(水解酸化-生物接触氧化)可行性分析：在传统的好氧生物处理装置前增加厌氧处理的厌氧-好氧串联工艺，可以使印染废水中难以降解的有机物水解为较易生物降解的物质，改善废水的可生物降
15、解性，从而提高传统流程的去除率.微生物具有来源广、易培养、 繁殖快、对环境适应性强、易变异等特性,在生产上能较容易地采集菌种进行培 养增殖,并在持定条件下进行驯化,使之适应有毒工业废水的水质条件,从而通过 微生物的新陈代谢使有机物无机化,使有毒物质脱毒.91） 水解酸化 水解酸化是把难降解的高分子物质通过水解（酸化）中产酸细菌，分解成低分子、溶解性、可生化性强的物质，为好氧菌作进一步分解创造有利条件.水解（酸化）中经驯化后的产酸细菌将成为降解污水高分子有机物的主要细菌微生物，其代谢产物为有机酸.通常是通过监测消化液中挥发性脂肪酸 VFA 来控制厌氧消化过程的运行.水解酸化池内设生物填料和搅拌装
16、置，池中挂填料，使污泥附着在填料上形成膜，从而增大污水与污泥的接触面积，达到增加泥水接触时间的目的10. 水解酸化生物处理技术是在厌氧处理技术的基础上根据厌氧发酵的不同 阶段发展起来的.通常厌氧微生物处理复杂有机物的过程可分为以下4个阶段 ： a：水解阶段 水解阶段是将复杂的非溶解性的聚合物或大分子有机物在微生物的胞外酶 的作用下转化为简单的溶解性单体或二聚体等小分子有机物的过程.大分子有 机物因其分子量和体积较大，不能通过核孔透过细胞膜，不可能被微生物直接利 用，因此在水解阶段被微生物的胞外酶分解为可溶性的小分子物质.这些小分子水解产物能够溶解于水中并透过细胞膜被微生物所利用.例如纤维素酶能
17、将纤维 素水解生成葡萄糖与纤维二糖；淀粉酶能够将淀粉分解，生成葡萄糖和麦芽糖；蛋白酶能够将蛋白质水解，生成多肽与氨基酸等.水解过程通常比较缓慢，是复 杂难溶性有机物厌氧降解的限速阶段 . b：酸化阶段 酸化阶段中有机化合物即可在生物降解的过程中作为电子受体同时也可作为电子供体而被降解，在此阶段中，溶解性小分子有机物被转化为以挥发性脂肪 酸为主的末端产物，因此这一过程也被称之为酸化过程. c：产乙酸阶段 发酵产酸阶段的反应物是乙醇、丙酸、丁酸等上一阶段的产物，在此阶段各反应物经过产氢产乙酸菌作用进一步被转化为乙酸、二氧化碳和氢气 . d：产甲烷阶段 在此阶段，甲酸、乙酸、碳酸、甲醇和氢气等上一阶
18、段的产物被转化为甲烷、 二氧化碳和新的细胞物质.通常情况下2/3的甲烷气体由乙酸或乙酸盐脱羧生 ，1 / 3的甲烷气体由氢气还原二氧化碳得到11.从原理上讲,水解酸化是厌氧消化过程的前两个阶段,水解酸化处理工艺是在厌氧处理工艺的基础上发展出来的一种新的污水处理工艺12 ,13.基于水解反应与产甲烷反应所处的阶段不同,可以通过控制水力停留时间将厌氧反应控制 在水解酸化阶段.在水解酸化阶段起主要作用的微生物是兼性厌氧菌，它们在自 然界中数量较多,增殖速度较快. 由于工业生产的过程复杂，所以工业废水有污染物种类繁多、毒性较强、 难降解、危害较大、水质水量波动幅度大等特点.水解酸化工艺目前已被应用到多
19、 种行业废水处理中. Guerrero等14研究利用水解酸化工艺处理食品废水.因为食品废水中含有较多的有机物和蛋白质，CODcr高达到30-130mg/L，VSS为5-50 mg/L，蛋白质浓度20-30mg/L.研究中考察了两个温度条件：55和36，并研究了水力停留时间( HRT )在6-48h的试验效果.结果表明，在55、水力停留时间为24h的条件下，利用水解酸化工艺处理食品废水可以去除食品污水中80%的蛋白质和58%的VSS，酸化率达到44%.Yu等15采用水解酸化工艺处理乳制品废水，研究表明：当水力停留时 间为12h，水解酸化工艺对低浓度乳制品废水(CODcr 20g/L)CODcr
20、的去除率可 达57.1%,对高浓度乳品废水（CODcr 30g/L）CODcr去除率高达28.8 %.其中乳制品废水中92-99%的糖类、59-85%的蛋白质，12-42% 的脂类可以在处理过程中被酸化继而在后续的处理工艺中被降解. Ye等16采用水解酸化-SBR 组合工艺处理水产品加工废水，进水CODcr、BOD5、SS等的浓度分别为1100-1650 mg/L、500-750mg/L 和250- 400mg/L. 试验结果表明：当水力停留时间为6h,温度为20时，该工艺对CODcr、BOD5、SS的去 除率分别为95%、96%和92%，其出水都可达到排放标准.Masse等17研究利用水解酸
21、化工艺预处理屠宰场废水，并研究了在处理过 程中脂肪的降解,进水的脂肪粒粒径在60-450m 之间，在25 的条件下 ， 投加250mg/L的脂肪酶，经5.5h处理后发现约有35%的脂肪被水解了，可见水解酸 化阶段对于降解脂肪有较好效果. Zhang Y.Q .等18采用水解酸化-DMBR-混凝处理工艺处理驱油废水，研究 结果表明:水解酸化池内当水力停留时间时间为12h时，可以产生废水的最大酸 化效率，高达10.98%，随着HRT继续增加酸化率反而会下降.该工艺对CODcr 的最 大去除率可达到89.41% .可以看出,水解酸化工艺适合不同组成的废水，其适用范围较广，且均具有较好的预处理效果.
22、2)生物接触氧化法生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生膜法之间的生物处理工艺.兼有活性污泥法与生物膜法优点，其机理是在曝气反应池内设置填料，池内既有活性污泥又有生物膜，形成密集的生物群体，增加了废水与生物接触的面积，连续曝气和生物膜的及时更新，增强了生物的活性.生物接触氧化池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水同浸没在污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷.生物膜生长至一定厚度后，近填料壁的微生物由于缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落，脱落的生物膜将随出水流出池外，废水中污染物在此过程中被微生物分解消耗
23、，从而使废水得到净化处理.生物接触氧化池可采用高、低不同的有机负荷，以产生不同的生物相，优化出水并减少剩余污泥量， 池内设特殊设计的不同类型的生物填料和高效水下曝气装置.生物接触氧化法是组合活性污泥法和生物滤池优点的生物膜法工艺，工艺的核心在于填料的选择，其他组成部分是池体、布水装置和曝气装置3部分.生物接触氧化工艺的特点是反应池内充填填料，通过曝气装置增加溶氧，使得充满氧气的污水通过填料.由于长时间污水的冲刷，使得填料上布满生物膜，污水通过与生物膜的广泛接触，在微生物的新陈代谢作用下，去除污水中有机污染物，使得水体得到净化.生物接触氧化处理技术的另一大特点是采用曝气系统增加废水的溶氧量，满足
24、微生物生长所需的氧气，使得污水与生物膜充分接触，因此，又称为“接触曝气法”19.丛海兵20等采用脉冲曝气生物接触氧化法处理城市污水，当曝气时间为4m3/(m2h),水力停留时间为2h，停曝比例为6:4，曝气周期2m i n，生物接触氧化法对氨氮和CODcr的平均去除率可达78.30%93.51%和21.12%24.29%. Wang Jiade21等利用新型生物接触氧化反应器处理废气，去除二氯甲烷，得到较好效果.最佳操作条件为温度2030，pH值6.07.0和进气浓度范围为5001260mg/m3，速度为28.3 s.隋丽丽22采用混合型（火山岩和陶瓷杯）填料生物接触氧化工艺处理生活污水，15
25、d后反应器达到稳定状态，对CODcr的去除率达到75%以上，在水温为2 03 2，水力停留时间（HRT）为12 h，DO为56 mg/L的条件下，对CODcr、氨氮、TN和TP的平均去除率分别达到了7 5.8%、7 1.8%、4 5.9%和35.7%；当进水CO D c r浓度为10 04 0 0 mg/L时，各个指标的去除率随着CO D c r浓度的升高而升高，可见进水CODcr浓度会对污水净化效果产生影响.水解酸化-生物接触氧化工艺能够有效去除印染废水的CODcr，BOD5，色度和pH值.CODcr去除率达96.7%（降至3.8mg/l已达标准），BOD5几乎全部除去，色度去除率达96.3
26、%.印染废水进水pH值较高，经过处理后pH值由10.2降到7.5，达到了排放标准1.C.总结本方案流程可概括为：聚合氯化铝絮凝（色度达标）粉煤灰吸附（SS，氨氮达标）水解酸化（Ph达标）生物接触氧化（COD，BOD5达标）四、 经济性分析 该厂废水量为800吨（约800m3）每日，按设计方案，每日需消耗聚合氯化铝3.2kg需3.84元成本(平均市场价1200元每吨)，粉煤灰32000kg需1120元成本（平均市场价35元每吨）.根据文献，生物接触氧化法处理一吨印染废水约2元成本，每天需1600元.日处理800吨的工程，总设备费在64万元左右，假设十年寿命，平均每天设备费约175元. 由此，该厂
27、每天需污水处理费3.84+1120+1600+175=2899元，即3.6元每吨.目前污水处理厂对COD700mg/l,氨氮30mg/l的污水处理费在7-9元每吨，由此可见本方案经济性可行.五、 个人总结 通过老师布置的这次设计，我深深认识到了为什么大学生就业难，因为一旦到了实际应用，就觉得力不从心，甚至学过的东西都被抛之脑后.此次设计让我认识到了理论与实际相结合的困难，意识到了老师每节课都提醒我们认真听讲的良苦用心.如果认为选修课就不重要，那么毕业之后就会发现自己对于工业生产什么都不懂，老师不经意间的一句话可能就向我们传达了一个对以后工作很有用的讯息.尤其还未走上工作岗位，很多东西只能通过文
28、献来了解，虽然完成了这个作业，但我不得不承认，个人对工艺过程的认识还远远不够，我的设计应用到实际生产中去是几乎不可能的，有太多的东西没有真正理解，没有任何实验数据支持，只是依靠文献才完成了，有待进一步完善.望老师予以批评指正！ 参考文献：1朱萍.印染废水絮凝生化吸附法处理及回用可行性研究.硕士学位论文.2David HG.The buffering action of hygroscopicclothing.J.Textile Research Journal,1994,34:814一816.3沈东升,冯孝善,沈益民,等.我国印染废水处理技术的现状和发展趋势环境污染与防治,1996,18(1)
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