环境工程专业开题报告--印染废水处理 7页

毕业论文开题报告一、选题依据印染废水是指印染加工过程中各工序所排放的废水混合而成的混合废水。主要包括：预处理阶段(如烧毛、退浆、煮练、漂白、丝光)排放的退浆、煮练、漂白、丝光废水；染色阶段排放的染色废水；印花阶段排放的印花废水和皂洗废水；整理阶段排放的整理废水。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。总体而言，印染废水的特点是成分复杂、有机物含量高、色度深化学需氧量(COD)高，而生化需氧量(BODs)相对较低，可生化性差，排放量大。印染废水处理的目的就是为了除去废水中的各种有害物质，防止环境污染，使水能够重新利用！所以说印染废水处理大意义：水是一种易受污染而可以再生的自然资源。随着人口的不断增长和经济发展，加之水污染的日益严重，可利用的水资源数量日益短缺，造成水危机。根据水工业的观点，给水和排水分别是人类向自然界取用和归还可再生资源“水”的两个程序，为了使这个循环能够持续地为人类服务，水在使用后回归自然界前，必须进行废水的再生处理，使水质达到自然界自净能力的承受水平，恢复其作为自然资源的属性。对可持续发展战略的实施有着极为现实的意义。水资源是不可再生资源，我们不仅要节约用水，保护自然生态环境，坚持可持续发展，并且要处理好废水，不能让废水污染了健康自然绿色的生态环境，把坚持科学发展观应用到实际环境保护中，给人类营造一个健康绿色的生态圈。本课题对印染废水中的污染物去除进行研究，根据我国水环境的现状，分析水样中污染物的含量、来源、危害及其修复技术等方面作讨论，着重于对污水去除技术的研究，为实际的特定污染物处理实践提供技术和方法参考。n二、文献综述随着社会经济的不断发展和人们环境意识的提高，我国加大了对印染污水的治理。根据《纺织染整工业水污染物排放标准》，除ⅲ类污水排放指标变化不大外，国家增加了ⅰ类和ⅱ类污水印染废BOD、COD、色度、悬浮物、氨氮、苯胺类等指标的排放限定。而印染废水水质一般平均为COD800-2000mg/l，色度200-800倍，PH值10-13，BOD/COD为0.25-0.4，因此印染废水的达标排放是印染行业急需要解决的问题。目前一般的工业有机废水都可通过组合传统工艺而得到适当地处理，但是对于有毒难生化降解的有机废水，如制药、农药、造纸、印染、焦化等废水的处理，由于技术和经济之类的原因至今仍缺乏经济而有效的治理对策。现已投人使用的一些分离方法，如气吹、混凝、吸附、过滤等.这些方法一般具有设备简单、操作简便和工艺成熟等优点，但是这类处理方法通常是将有机物从液相转移到固相(如活性炭吸附和化学混凝等)或气相(气吹)，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。生物处理法已广泛启用于生活污水和工业废水的处理，但却牺牲大量稀释水而且处理时间长、设备占地面积大，对上述生物毒性大的有毒难降解有机废水处理效果差。在传统的废水处理技术不能适应需要时，研究开发费用低且无二次污染的新型废水处理技术，成为环保领域里一个亟待解决的重要课题。欧美一些工业发达的国家愈来愈重视开发各种经济效益好、处理效率高、无二次污染的新技术。近30年来，应用各种氧化技术在较短时间里将难降解毒性有机污染物完全无害化，不产生二次污染已成为主要研究的目标之一而逐渐受到人们的青睐。这些氧化技术如前文讲到的光氧化、超临界氧化、湿式氧化、低温等离子体化学法等新技术。这些新技术在难降解有机工业废水处理方面的研究十分活跃，有些已进人工业试验阶段。它们对难降解的有毒有机废水具有较高的处理效率。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。总体而言，印染废水的特点是成分复杂、有机物含量高、色度深化学需氧量(COD)高，而生化需氧量(BOD5)相对较低，可生化性差，排放量大。n80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；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出去效果不明显。单一的处理方法已不能满足当前印染废水发展的要求。随着印染行业的发展，印染废水治理技术的研究已成为国内外环保工作者面临的重点课题之一。根据研究结果并结合其运行费用，对各工艺进行了对比分析，为同类型废水的处理工艺设计提供了设计参数和借鉴。不同的生物处理方式对采用活性染料为主的印染废水CODcr、色度的去除效率及废水的出水pH值均有较大的影响。该文选取了吸附法，混凝法，膜分离，化学氧化法，Fenton法进行了对比实验。无机絮凝剂主要有铝盐，铁盐等低分子混凝剂以及聚合氯化铝（PAC)，聚合硫酸铁等高分子混凝剂传统的铝盐混凝一直占主导地位，其絮体小、形态稳定，对大部分染料废水处理效果比较理想，但反应较慢，受温度影响较大且有毒性；铁盐反应快、絮体大、易失稳沉淀，对疏水性染料脱色效率高，但对亲水性染料脱色不理想，投加量不当会使水体呈现黄色，COD去除率低。有人围绕着铁磁性物质展开研究，通过磁种混凝使非磁性污染物获得磁性，实现磁分离来缩短时间。D.Pak等〔1〕将炼钢过程中产生的废渣粉碎（其成分中含有磁性铁氧化物）来处理纺织废水，沉降速度较FeCl3或PAC大10倍，对色度、SS、TOC、COD、总氮和总磷的去除率都较高；贾宏艺等〔2〕利用磁性纳米Fe3O4颗粒的超顺磁特性，在外加磁场的作用下将磁颗粒、亚铁盐及有机物形成的混凝体迅速沉降下来，COD去除率较只投加亚铁盐时高15%。膜分离技术由于无相变、设备简单、操作方便等优点，迅速发展日趋成熟并已形成工业化规模，但不适宜直接处理印染废水，否则极容易造成严重的膜污染且难以再生；膜分离技术多用于深度处理，降低和去除残存的有机物、色度并脱除无机盐分，分离前段工艺中形成的微生物、絮凝物或是投加的固体催化剂，与其他技术联用的效果极好，出水可以达到回用标准。丛利泽等〔3〕采用混凝沉淀法对COD高达2500mg/L，色度高达10000倍的印染废水进行预处理，后接膜生物反应器与纳滤膜分离系统组合工艺，处理后COD降到30mg/L，NH3-N降到8mg/L，色度为0，其中纳滤膜主要分离色素等生物难降解小分子物质。浙江某公司〔4〕采用超滤-反渗透联用处理印染废水，超滤可去除部分有机物及色度，更主要是去除可能污堵反渗透膜的胶体、细菌、病毒等杂质，延长了反渗透膜的清洗周期和寿命；反渗透可去除98％的盐分，完全去除硬度，同时对COD、色度也具有极高的去除作用，出水完全达到纯水标准。因为染料本身就是一种光敏化剂，能够被可见光激发向TiO2转移电子，形成的导带电子被水中的氧捕获，进而形成·O2-和·OH，这样协助催化剂被间接激发，从而扩大了可利用光的波长范围，甚至可以直接利用太阳光，极大地降低了处理成本。在实验室内采取的措施有：改变光收集装置透镜聚焦〔5〕、复式抛物线集光器〔6〕、镀发光剂〔7〕、联合类Fenton技术〔6-8〕等，这些都得到了良好的处理效果。在突尼斯占地50m2的光敏化氧化工艺中试装置的运行结果表明，太阳光能够去除难降解有机物和色度〔9〕，甚至较实验室内有更高的效率（量子产率达15%），并提高了废水的可生化性，这在阳光充沛的地区具有极大的意义，只是太阳光的光效率过低，使得处理设施占地面积庞大。上述方法用来处理印染废水各有优劣，物理法总体上处理成本较高，n其中的吸附法和膜分离技术适合于作为深度处理技术；化学氧化处理效率高、二次污染较少，越来越受到青睐，但直接用于生产则费用昂贵，这限制了这些高效技术的实际应用。比较有效的处理工艺是将化学氧化技术与生化技术结合，充分发挥各自的优势，通过物化处理减少印染废水的生物毒性，提高可生化性，再采用处理成本较低的生化法进一步处理。吸附法和膜分离技术作为出水要求严格的工艺或回用水技术较为合适。参考文献[1]PakD.ChangW.Colorandsuspendedsolidremovalwithanovel-coagulationtechnoligy[J].WaterScienceandTechnology:WaterSupply,2002,2（5/6):77-81.[2]贾宏艺,刘勇健,庄虹，等.磁性Fe3O4颗粒与亚铁盐协同处理印染废水[J].苏州科技学院学报:自然科学版,2007,24(1):52-55.［3]丛利泽,王慧,熊小京,等.组合工艺处理印染废水研究[J].厦门大学学报：自然科学版,2008,47(3):457－460.[4]浙江欧美环境工程有限公司.全膜法使印染废水达到纯水标准[J].纺织服装周刊,2007(20):38.[5]DuránA,MonteagudoJM.Solarphotocatalyticdegradationofreactiveblue4usingaFresnellens[J].WaterResearch，2007,41（3）：690－698.[6]DuránA,MonteagudoJM,AmoresE.Solarphoto－FentondegradationofReactiveBlue4inaCPCreactor[J].AppliedCatalysisB：Environmental，2008,80(1/2):42－50.[7]WangJun,ZhangGuan,ZhangZhaohong,etal.InvestigationonphotocatalyticdegradationofethylvioletdyestuffusingvisiblelightinthepresenceofordinaryrutileTiO2catalystdopedwithupconversionluminescenceagent[J].WaterResearch,2006,40(11):2143－2150.三、印染废水脱色方法方案选择3.1吸附脱色　　n吸附脱色的一个主要优点是通过吸附的作用可将染料从水中去除，吸附过程保留了染料的结构。活性炭作为一种优良吸附剂早已广泛应用于水处理中，至今仍是有色印染废水的最好吸附剂，活性炭对染料具有选择性，其脱色性能顺序依次为碱性染料、直接染料、酸性染料和硫化染料。活性炭价格昂贵，加之再生困难，因此一般只应用于浓度较低的印染废水处理或深度处理：。分子筛、活性铝、颗粒活性炭(GAC)，硅藻土和锯木屑可以用作分散性染料1260的吸附剂。吸附剂的最大问题在于难以实现现场再生。Skarcher：研制了一种新型可再生的吸附剂Cucurbituril，它是由甘脲和甲醛缩聚形成的一种环状缩聚物。经大量实验表明，该物质无毒，并且在Ca2＋浓度1～100mmol／L,溶液中盐的总浓度小于100—1000mmol／L。时，可以得到高的吸附量，残余色度很低。3.2氧化还原脱色　　借助氧化还原作用破坏染料的共轭体系或发色基团是印染脱色处理的有效方法。除常规的氯氧化法外，国内外研究重点主要集中在臭氧氧化、过氧化氢氧化、电解氧化和光氧化方面。　　臭氧是良好的脱色氧化剂，对于含水溶性染料废水如活性、直接、阳离子和酸性等染料，其脱色率很高；对分散染料也有较好脱色效果；但对其他以悬浮状态存在于废水中的还原、硫化和涂料，脱色效果较差。臭氧氧化也可以与其他处理技术结合应用。如用FeSO4、F2(SO4)3、及FeCl3，凝聚后再用臭氧处理可提高脱色处理；臭氧一电解处理可使直接、酸性染料的脱色率比单纯臭氧处理增加25％～40％，对碱性及活性染料增加10％。臭氧加紫外辐射或同时进行电离辐射也可提高氧化效率。由于臭氧氧化对染料品种适应性广、脱色效率高，同时O3在废水中的还原产物以及过剩O3，能迅速在溶液和空气中分解为O2，不会对环境造成二次污染。因此O3脱色技术具有一定的工业化应用前景。目前臭氧氧化的主要缺点是运行费用相对偏高。　　Fenton试剂在处理废水过程中除具有氧化作用外，还兼有混凝作用，因此脱色效率较高。近年来在染料及废水的脱色处理中得到了日益广泛的应用，传统的H2O2氧化目前都以Fenton试剂的形式出现。为了全面了解Fenton试剂对各种染料的脱色能力，KuoWG选用了覆盖90％常用染料品种的代表性化合物进行模拟研究。结果表明，在酸性条件下(pH<3)，平均脱色率町达97％，COD去除率亦可达90％。　　高级氧化法脱色被认为是一种很有前途的方法。所谓高级氧化法如UV+H2O2、UV+O3因为在氧化过程中产生羟基自由基，其强氧化性使染料废水脱色。经研究发现它对偶氮染料的脱色很有效。在实际生产中与某些化学辅助剂会提高脱色效果．而且UV+H2O2方法处理偶氮型活性染料产生的降解产物对环境完全无害。最近的研究发现二氯二嗪基型偶氮类活性染料使用UV+H2O2方法脱色也有很好的效果。高级氧化法的一个严重不足之处是处理费用较高。从而限制了它的广泛使用。3.3混凝脱色处理技术3.3.1无机混凝剂n　　目前出现的无机混凝剂包括金属盐类和无机高分子聚合电解质，其中以铁盐、镁盐、铝盐以及硅、钙元素的化合物为主。根据应用情况来看，碱式氯化铝、硫酸铝、三价铁盐等单纯铝盐都对一些水溶性染料废水的脱色率不高，且使用的pH范围较窄。FeSO4对于大部分水溶性染料均具有较好的脱色效果，例如处理硫化染色废水，色度去除率为95％，硫化物和BOD去除率为96％和59％。但由于FeSO4脱色的机理是将生色基团还原，还原产物为有机小分子不能有效混凝去除，因此CODcr的去除率不高，且对溶液中碱度的消耗较大，混凝剂的用量也较大。　　MgO、MgSO4等镁盐，利用其在水溶液中生成的Mg(OH)2的强烈吸附作用，对含磺酸基团的水溶性染料具有良好的处理效果、脱色率、CODcr去除率分别可达98％和70％以上；。采用MgCl2和Ca(OH)2处理活性染料和分散性染料废水，其效果要好于A12(SO4)3、PAC、FeSO4／Ca(OH)2。其机理是Mg2+与羟基、羧基或SO42-反应生成稳定的螯合物，这些螯合物可通过絮凝作用从废水中去除。但镁盐也存在pH范围窄的缺点。大量的研究和应用实践表明，采用无机混凝剂包括铁盐、铝盐、镁盐及无机絮剂对以胶体或悬浮状态存在于废水中的染料具有良好的脱色效果，如分散染料、硫化染料、氧化后的还原染料、偶合后的冰染染料、颜料以及分子量较大的直接染料和中性染料；而对不易形成胶体微粒的水溶性染料如酸性染料、活性染料及部分小分子的直接染料废水则混凝脱色效果不理想。3.3.2有机絮凝剂3.3.2.1表面活性剂　　表面活性剂用于印染废水处理的报道很多，醇性醋酸十八胺可用于处理不溶性染料，如处理含硫化黑B染料的染棉布废水，染料去除率可达99．2％。StoicaL用十八烷基三甲基氯化铵和十六烷基溴化吡啶盐结合Al2(SO4)3在pH值为4～11时对含酸性和直接染料的丝绸印染废水进行混凝气浮处理，脱色率可达90％～100％。但阳离子表面活性剂与染料分子的络合作用具有较强的选择性，因此单独使用往往难于达到很好的效果，需要和铝盐复配使用。3.3.2.2天然高分子及其改性絮凝剂　　天然有机高分子絮凝剂由于原料来源广泛．价格低廉，无毒，易于生物降解等特点显示了良好的应用前景。用于印染废水处理的天然高分子絮凝剂主要有天然淀粉及其衍生物、木质素衍生物、甲壳素衍生物等三大类。　　废水处理中大部分微细颗粒和胶体都带有负电荷，为了提高淀粉和木质素分子对这些小分子物质的作用能力，进行阳离子改性是一个重要研究方向。阳离子离子化淀粉和木质素可以用于处理阳离子染料、直接染料和酸性染料废水，脱色率均超过90％。3.3.2.3合成有机高分子絮凝剂n　　合成的有机高分子絮凝剂分子量高．分子链中所带的活性官能团多，因此在水中的伸展度大，絮凝性能好，用量少，pH范围广，同时在过滤、脱水等固液分离操作方面都具有优越的性能。目前应用效果最好的是高分子絮凝剂PAN—DCD，它是以聚丙烯腈为主链，用二氰二胺在碱性条件下进行侧链改性，使之变为水溶性的、带多种活性基团的两性聚电解质。PAN—DCl)对中性染料、活性染料、酸性染料的脱色效果良好，脱色率均达90％以上，对印染废水兼有脱色和去除COD的双重效果，若与聚合铝复合使用，去除效果更佳，最高COD去除率为63％。另一类值得注意的脱色剂是近几年出现的双氰胺甲醛缩聚物，它对于印染废水具有优异的脱色效果，但是投加量大会提高处理成本。3.4其它的脱色处理技术　　除吸附、氧化和混凝脱色外，国内外对离子交换脱色、超滤膜脱色及生物脱色技术也进行厂一定的研究。其中，对常规方法难以脱色的水溶性染料采用离子交换的方法处理进行了研究，并取得一定的进展。其研究集中在离子交换树脂和离子交换脱色纤维的开发研制两个方面。　　对于微溶性染料和分子量较大的染料组份可以采用超滤或反渗透技术进行脱色处理，但考虑到经济可行性，目前超滤技术多用于高浓度染料及染色废水处理，尤其是对不溶性染料的回收利用。由于印染废水中染料组分的可生化性差，常规生化法在脱色方面一直不能令人满意。目前的解决方法除采取预处理改善废水可生化性外，主要是筛选优良脱色菌和强化生物处理过程。就其总体而言，生物脱色尚无突破性进展，还必须与其它处理方法结合使用。本实验我们采用有机高分子絮凝剂二甲基二烯丙基氯化铵聚合物(PDMDAAC）。它不仅适用于含有分散染料的废水,而且对于含有较难处理的活性染料的废水也具有良好的脱色效果.PDMDAAC系列絮凝剂与PAC复配,可以优势互补,使脱色效果更佳,处理成本更低,操作和后处理更简便.但在复配时,一定要注意二者的配比以及具体的操作细节(这需要经过大量试验得出),否则将会使脱色效果变得更糟.因此,在水处理中,应针对处理对象来选择合适的PDMDAAC系列絮凝剂.对于含有VTMS的絮凝剂,在引入VTMS时,应避免其分子量和阳离子度的降低.必要时,PDMDAAC系列絮凝剂应与无机混凝剂复配,从而达到高效的处理目的.