印染废水的深度处理与回用的关键技术研究毕业论文(编辑修改稿)

印染废水的深度处理与回用的关键技术研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

如下所示： 2NH4+ + 3O2 亚硝酸菌 2 NO2 + 2H2O + 4H+ 2 NO2+ O2 硝酸菌 2 NO3 反硝化反应就是将消化过程中产生的硝酸盐氮或亚硝酸盐氮还原成 N2 的过程。 表现为反硝化细菌在无分子氧的条件下，利用各种有机物作为电子供体，以硝酸盐氮或亚硝酸盐氮作为电子受体进行缺氧呼吸，使硝 酸盐氮或亚硝酸盐氮还原成 N2。 反硝化反应可以用以下方程式表示： NO2 + 3 H+ (电子供体 有机物 ) 反硝化菌 1/2N2 + H2O + OH 东北电力大学本科毕业论文 5 NO3 + 5 H+ (电子供体 有机物 ) 反硝化菌 1/2N2 + 2H2O + OH 近几年来国内外有研究和报导同步硝化反硝化 ( Simultaneous Nitrification and Denitrification， 简称 SND)。 即在同一反应器中 ， 相同的操作 条件下 ， 硝化、反硝化反应同时进行 [4]。 近几年人们对同步硝化反硝化过程进行了研究，提出了两类观点，一类是基于微生物的环境角度考虑，分为宏观环境论以及微观环境论；另一类是基于微生物的生理学角度考虑： (1)生物学理论 近年来，异养硝化细菌、好氧反硝化细菌以及厌氧氨氧化现象的发现，打破了传统理论认为的硝化反应只能由自养细菌完成和反硝化只能在厌氧条件下进行的观点。 国内外学者发现在低溶解氧的环境中，部分微生物可以同时利用氨氮和分子氧作底物进行硝化和反硝化反应，并能够成功的筛选出 具有异养硝化或者好氧反硝化功能的菌株，才在真正意义上实现了好氧反硝化 [5]。 (2)微环境理论 此理论是目前解释 SND 现象最有说服力的理论之一。 该理论认为，由于氧扩散的限制，在微生物絮体内产生溶解氧梯度，由内到外颗粒污泥可分为四层 :缺氧区、好氧区、扩散区和外界主体液相区。 微生物絮体的外表面溶解氧较高，以好氧菌、硝化菌为主。 深入絮体内部，氧传递受阻即外部氧的大量消耗，产生缺氧区，使反硝化菌占优势，从而发生同步硝化反硝化。 与传统脱氮工艺相比，同步硝化反硝化脱氮工艺从理论上来看具有 以下特点 : 东北电力大学本科毕业论文 6 (1)硝化反硝化在同一反应器中进行，无需污泥回流，简化工艺流程 ， 易于装置的集成； (2)硝化反应和反硝化反应产生和消耗的碱度可以互补，减少反应过程中碱度的消耗 ， 能有效保持反应器中 pH 值的稳定，无需另外投加化学药剂； (3)曝气量的节省 ( 节约氧气的消耗 ) ， 能够降低能耗； (4)可以实现短程同步硝化反硝化，缩短脱氮过程的反应时间，减少反应器体积，节省运行费用。 (1)碳源 有机碳源作为异养好氧细菌和反硝化过程的电子供体，起着非常重要的作用。 它作为生物生 长代谢必需的物质和主要能量来源，被认为是实现生物反硝化的最关键因素之一。 对于同步硝化反硝化体系，由于硝化与反硝化反应同时发生，相互制约，使得有机碳源对整个反应体系的影响尤为重要。 不同 C/N 比值、碳源种类及碳源投加方式对同步硝化反硝化的影响也各不相同 [6]： ① C/N 比值的影响 生物脱氮技术是当前应用最为广泛的污水脱氮技术，Kuba 等（ 1996）提出当进水 C/N 比低于 时，需投加外碳源保证生物脱氮效果。 C/N 比低，满足不了反硝化的需要； C/N 比过高，硝化反应的速率会降低，不利于氨氮的去除 [7]。 该理论的 缺陷可以用非平衡增长概念来完善。 刘军等、涂保华等在实验研究过程中发现在适当的 C/N 比范围内，进水 C/N 比越高，出水总氮越低，总氮的去除率相应的也越高。 胡宇华等在研究有机碳源对同步硝化反硝化的影响中提出 :在同步硝化反硝化中 C:N:P 的最佳范围为 (60140):5:1 时，使得氨氮的降解率在 %以上的有机碳源浓度区间是 400mg/L1000mg/L。 ②碳源的影响 通常碳源可以分为 3类 : 易于生物降解的溶解性有机物 ， 如甲醇、乙醇、葡萄糖等；可慢速生物降解的有机物 ， 如淀粉、蛋白质等；细胞物质 ， 主要 为活性污泥自溶后释放出来的有机碳 ， 可被细菌利用进行反硝化。 杜欣等研究表明在试验条件下，以啤酒与淀粉的混合物作为碳源比乙酸钠、葡萄糖等易降解有机物更适合作为同步硝化反硝化的碳源 ， 既可以保证前期硝化反应的顺利进行 ， 又为后期的反硝化反应提供了电子供体 ， 且活性污泥絮体结构东北电力大学本科毕业论文 7 密实 ， 还为 SND 创造了一定的缺氧微环境 [8]。 ③投加方式的影响 通过控制进水氨氮浓度，采用 3 种投加方式 : 在反应器进水时一次性投加 (瞬时加入 )；进水及运行 2 h 时分别投加；进水、运行至 1. 5 h及 3 h 时分别投加 ， 结果表明间歇投加碳源 是保证 SND 持续进行的有效手段 ， 间歇投加碳源时的总脱氮率是相同条件下一次性投加碳源的 1. 32 倍。 (2)溶解氧 溶解氧是影响同步硝化反硝化效果的重要因素之一。 控制系统的溶解氧在一定范围内，对获得高效的同步硝化反硝化具有极其重要的意义 [9]氨氮在降解的过程中 ， 在污泥絮体表层的富氧区硝化 ， 其浓度随着氧浓度梯度的衰减而增加 ， 到达污泥絮体内部的缺氧区 ， 作为电子受体经反硝化菌作用生成 N2 排出。 在污泥絮体内部 ， 反硝化菌处于优势 ， 由于反硝化菌为异养型菌 ， 此时有机电子供体浓度大小将直接影响到 SND 的效 果。 反硝化作用受曝气量的抑制，高曝气量不利于反硝化作用，但是较低的曝气量又将使硝化作用不完全，因而寻找一个适当的曝气量才能够使同步硝化反硝化脱氮最为彻底。 Munch 的研究表明，溶解氧浓度在 ，硝化速率等于反硝化速率，从而导致了完全的同步硝化反硝化 [10]。 (3)絮体结构 絮体结构主要是指活性污泥颗粒大小、颗粒密实程度、颗粒浓度等方面的特征。 这些特征将直接影响污泥絮体内部好氧区与厌氧区比例的大小，进而影响絮体内部物质的传递效果和微生物对溶解氧及底物获取的难易程度。 体积较大的污泥颗粒增加了缺 氧微环境的比例，结构密实的颗粒的传质阻力大，污水中的有机碳源很难扩散传递到其内部，导致内部微生物难以获得充足的碳源，从而影响反硝化反应的进行。 当活性污泥颗粒浓度较低时，由于曝气的搅动，湍流加剧，会使得活性污泥絮体表面更新速率加快，很难形成缺氧微环境，因而也难以进行反硝化反应。 因此，只有活性污泥颗粒大小、密实度及浓度大小适中时，才能保证溶解氧和有机碳源在絮体内部分布均匀，以利于实现同步硝化反硝化 [11]。 (4)pH 值 pH 值是影响同步硝化反硝化的又一个重要因素。 硝化菌对 pH 值的变化十分敏感，对其生长适宜的 pH 值为 之间。 与此同时，对反硝化反应最适宜东北电力大学本科毕业论文 8 的 pH 值是 ， pH 高于 8 或者低于 6，反硝化速率将大为下降。 考虑到硝化和反硝化两过程中碱度消耗与产生的互补性，同步硝化反硝化的最适 pH 值应在 左右。 (5)温度 硝化和反硝化反应的适宜温度为 2030 ℃，低于 15 ℃时，反应速度迅速下降， 5 ℃时，反应几乎完全停止。 温度在 2030 ℃变化时，温度对反硝化菌的影响要小于对亚硝酸菌的，随着温度的升高，同步反硝化效果相对得到了加强。 当温度为 2530 ℃时， SBRSND 系统脱氮效果较好。 SBR工艺 SBR 工艺概述与发展 SBR 是序列间歇式活性污泥法（ Sequencing Batch Reactor）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。 序批式活性污泥法 ( SBR) 是由美国 教授等人在 20 世纪 70 年代初开发的 ， 80 年代初出现了连续进水的 ICEAS 工艺 ， 随之 Goranzy 教授开发了 CASS 和CAST 工艺 ， 90 年代比利时的 SEGHERS 公司又开发了 UNITANK 系统 ， 把经典 SBR 的时间推流与 连续系统的空间推流结合了起来。 我国也于 80 年代中期开始对 SBR 进行研究，目前应用已比较广泛 [12]。 SBR 工艺特点 SBR 工艺最突出的特点是只有单一的间歇反应池，把反应过程和沉淀过程集中在同一个反应池内，是一种按时间顺序的污水处理方法。 因此， SBR 工艺具有一系列独特的优点： (1)工艺流程简单、占地面积小运行费用低 SBR 法的主体工艺设备只有一个间歇反应池，与连续回流活性污泥工艺相比，不需要设置二沉池与污泥回流设备，在一般情况下也可以不设初沉池和调节池，大大节省了 SBR 工艺的占地面积，时期 结构布置更加紧密，基建投资和运行费用更低 [13]。 东北电力大学本科毕业论文 9 (2)生化反应的推动力大、速率快、效率高 在 SBR 系统中，虽然底物浓度在空间上属于完全混合型，但在时间上却属于一种理想的推流过程。 由于 SBR 具有底物浓度梯度大、生化反应推动力大的特点，克服了连续回流完全混合曝气池中底物浓度低、生化反应推动力小和推流式曝气池中水流反混严重的缺点。 (3)有效防止污泥膨胀 污泥膨胀问题是传统污泥法运行过程中常常发生且难以杜绝的问题。 SBR系统在时间上存在有机物的浓度梯度。 在进水期，系统中有机物浓度高，有利于菌胶团的形成，使专性 好氧丝状菌的生长处于弱势。 而在反应后期，虽然系统中有机物的浓度较低，但可以通过调整曝气量使溶解氧浓度维持在较低水平，从而抑制丝状菌的生长。 此外污泥灵较短也是抑制丝状菌生长的因素之一。 因此 SBR系统中的活性污泥微生物具有良好的沉降性能 [14]。 (4)运行方式灵活、耐冲击负荷强 为了达到不同水质的净化要求， SBR 工艺可以根据不同污水的水量水质变化，通过时间上有效地控制和变化，改变不同的运行方式，以满足不同的出水水质要求，具有较强的灵活性。 对时间上来说， SBR 法虽然是理想的推流过程，但就反应池中的混合状态而言， 仍属于典型的完全混合式，具备完全混合曝气所特有的优点。 SBR 反应池在充水时相当于一个均化池，可以承受高峰流量和有机物浓度的冲击 [15]。 课题研究目的和意义 随着纺织企业的不断扩大，印染废水的排放量逐年增加，废水中含有的大量难降解有机污染物以及有害物质，排入水体严重破坏了水的生态平衡，以及水资源 [16]。 同时，生产中外加的无机盐转入废水中，导致废水含盐量高、电导率大、处理困难。 纺织行业用水需求量也不断增大，采用印染废水回用新技术成为减轻污染、节约水资源、实现行业健康发展 的关键途径之一。 因此提出可靠、经济可行的废水深度处理及回用技术，通过回用减少排污 ，节约用水，解决印染东北电力大学本科毕业论文 10 水资源短缺问题，对印染行业的可持续发展具有重要意义，以及对生态系统以及水资源的保护也有着重要的意义 [17]。 课题研究内容 染色阶段排放的染色废水，水量较大 ,水质随所用染料的不同而不同 ,一般呈强碱性 ,色度很高 ,可生化性较差。 浓度较高。 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 ,污染物成分差异很大。 印染废水的特点是成分复杂、有机物含量高。 通过研究一些新型的处理方法，来处理印 染废水，降解废水中的有机物质，对废水进行脱色处理，以达到排放的标准，保护水资源，保持生态平衡。 由于现在的处理污水的方法很多，但是，基于每种方法各自的特点各有不同，所得到的效果各有差异。 所以本课题的主要研究内容是，将混凝法，水解酸化，和活性污泥法，进行合理的组合，以达到预期的处理污水的效果。 东北电力大学本科毕业论文 11 第 2章 实验材料和方法 实验用水和原料 药剂：粉煤灰，刚果红，溴酚蓝，重铬酸钾，硫酸，硫酸汞，硫酸银 模拟废水配制：秤取 5g刚果红于 100mL烧杯中用去离子水溶解，然后，倒入 500mL容量瓶中 进行定容。 模拟废水指标如表 21 表 21 模拟废水的指标 项目 范围 COD(mg/L) 2079 NH4+N(mg/L) DO(mg/L) 实验装置 实验采用序列间歇式活性污泥法（ SBR），序批式反应器为 2L饮料瓶制成的圆柱形反应器内径约为 15cm，高约为 25cm，有效容积。 反应器顶端有内径约为 8cm的口，用于进水、搅拌和取样。 以砂头作为曝气装置 ，本实验的进水、取样和出水均为人工操作。 实验装 置如图 21。 东北电力大学本科毕业论文 12 图 21 SBR 工艺实验装置 (1)曝气泵：微孔曝气砂头，好氧硝化阶段对污泥进行充氧曝气； (2)搅拌器：用于使污泥与水混合均匀，排除水中的空气，形成厌氧条件； (3)水浴锅：保持反应器温度稳定 仪器设备 实验测试的相关仪器及型号如下表所示。 表 22 实验 仪器及型号 仪器。