环境工程专业开题报告--印染废水处理工艺设计

'毕业设计开题报告文献综述1.1印染工业概述印染工艺是指通过退浆、煮炼、漂白等工序，对成品布匹进行染色、印花等的生产过程。印染废水主要由退浆废水、煮炼废水、漂白废水、丝光废水、染色废水和印花废水组成，印染加工的四个工序都要排出废水，预处理阶段(包括退浆、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。通常所说的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[1]。根据纤维种类的不同,印染加工所使用的原料、加工方式和产品用途均不相同,所产生的污染物性质和数量不同,其控制污染和治理污染的方法也就不同,因而根据纤维的品种可分为棉纺、毛纺、丝绸和麻纺印染行业。据统计,目前在棉、毛、丝、麻各类天然纤维中,以棉花为主加工成的棉织物数量占天然织物总量的85%以上,是数量最大的一类产品;毛织物产品占总量的10%;丝和麻产品占总量的5%。化学纤维在纺织纤维加工总量中的比例由1995年的45%上升到2000年的60%,发展迅速[2]。印染废水一般具有污染物浓度高、种类多、含有毒有害成分及色度高等特点。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，使废水的BOD5、CODCr大幅上升，且可生化性能也有相当程度的降低[3]。 1.2印染废水的来源与水质特征按照印染工艺的流程，其产生的废水种类及特点分别为：(1)退浆废水：水量较小，但污染物浓度高，其中含有各种浆料、浆料分解物、纤维屑、淀粉碱和各种助剂。废水呈碱性，pH值为12左右。上浆以淀粉为主的(如棉布)退浆废水，其COD、BOD值都很高，可生化性较好：上浆以聚乙烯醇(PVA)为主的(如涤棉经纱)退浆废水，COD高而BOD低，废水可生化性较差。(2)煮炼废水：水量大，污染物浓度高，其中含有纤维素、果酸、蜡质、油脂、碱、表面活性剂、含氮化合物等，废水呈强碱性，水温高，呈褐色。(3)漂白废水：水量大，但污染较轻，其中含有残余的漂白剂、少量醋酸、草酸、硫代硫酸钠等。(4)丝光废水：含碱量高，NaOH含量在3%-5%，多数印染厂通过蒸发浓缩回收NaOH，所以丝光废水一般很少排出，经过工艺多次重复使用最终排出的废水仍呈强碱性，BOD、COD、SS均较高。(5)染色废水：水量较大，水质随所用染料的不同而不同，其中含浆料、染料、助剂、表面活性剂等，一般呈强碱性，色度很高，COD较BOD高得多，可生化性较差。有印染废水需要处理的单位，也可以到污水宝项目服务平台咨询具备类似污水处理经验的企业。(6)印花废水：水量较大，除印花过程的废水外，还包括印花后的皂洗、水洗废水，污染物浓度较高，其中含有浆料、染料、助剂等，BOD、COD均较高。(7)整理废水：水量较小，其中含有纤维屑、树脂、油剂、浆料等。(8)碱减量废水：是涤纶仿真丝碱减量工序产生的，主要含涤纶水解物对苯二甲酸、乙二醇等，其中对苯二甲酸含量高达75%。碱减量废水不仅pH值高(一般>12)，而且有机物浓度高，碱减量工序排放的废水中CODCr可高达9万mg/L，高分子有机物及部分染料很难被生物降解，此种废水属高浓度难降解有机废水[4]。 在本次设计的处理工艺中，该印染厂所产生的主要废水是退浆煮炼废水、印花废水和料房冲洗水。1.3印染废水的特点和危害1.3.1废水的特点①色度大，有机物含量高。印染废水总体上属于有机性废水,其中所含的颜色及污染物主要由天然有机物质(天然纤维所含的蜡质、胶质、半纤维素、油脂等)及人工合成有机物质(染料、助剂、浆料等)所构成[5]。由于在印染加工中大量使用了各种染化料,这些染化料不可能全部转移到织物上,在水中有部分残留,使得废水的颜色深。不同纤维织物在印花和染色过程中使用的染料不同,染料的上染率不同,染料的残留形态也不同,致使排放废水的颜色也不相同。近年来,随着大量新型助剂、浆料的使用,有机污染物的可生化性降低,处理难度加大。②水质变化大。印染废水是印染企业生产过程中排放的各种废水混合后的总称。有些企业排放的全部为生产废水(包括生产废水和辅助生产废水),而有些企业排放的废水中则含有部分生活污水,致使其废水水质处于经常变化之中[6]。因此印染废水排放与企业生产的织物品种、数量及所选用的染化料等多种因素有关,水质变化大,在所排放的废水中,化学需氧量(COD)高时可达2000-3000mg/L,且生化需氧量(BOD)与COD之比小于0.2,可生化性差。③PH值变化大。由于不同纤维织物在印染加工中所使用的工艺不同,在染色或印花中为使染色溶液和印花色浆更好地上染到不同织物上,需要在不同pH值条件下进行染色,因此,不同纤维织物在印染加工中所排放废水的pH值是不同的。一般来说,由于棉及其混纺织物印染加工中很多工艺都需要加入碱,造成废水中pH值较高。④水温水量变化大。由于加工品种、产量的变化,导致水温水量的不稳定。⑤部分废水含有有毒有害物质。如印花雕刻废水中含有六价铬，有些染料（如苯胺类染料）有较强的毒性。1.3.2废水的危害 印染废水含有大量的有机物，排入水体将消耗溶解氧，破坏水体生态平衡，危机鱼类和其他水生生物的生存。沉于水体的有机物，会因厌氧分解而产生硫化氢等有害气体，恶化环境。印染废水的色泽深，严重影响受纳水体外观，造成水体有色的主要因素是染料。目前全世界染料年总生产量在60万吨以上，其中50%以上用于纺织品染色；而在纺织品印染加工中，有10%-20%的染料作为废物排出。印染废水的色度尤为严重，用一般的生化法难以去除。有色水体还会影响日光的透射，不利于水生生物的生长。在使用化学氧化法去除色度时，虽然能使水溶性染料的发色基被破坏而褪色，但其残余物的影响仍然存在[7]。印染废水大部分偏碱性，进入农田，会使土壤盐碱化；染色废水的硫酸盐在土壤的还原条件下可转化为硫化物，产生硫化氢。1.4印染废水的处理方法目前,国内的印染废水处理以生化法为主,有的还将化学法与之串联。1.4.1印染废水的物理化学处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、黏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。吸附处理的吸附剂多种多样[8] 。活性炭吸附法应用较早、使用最广，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，但处理费用较高，主要用于二级和三级处理中。目前，对吸附剂的研究主要集中在寻找高效、多功能和低成本的吸附剂。膜分离法膜分离技术是一种新兴的高效分离、浓缩、提纯和净化的技术，具有分离效率高、工艺简单、操作方便、易控制、无污染、低能耗等优点。按滤膜孔径大小的不同分四种类型，即微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)[9]。微滤能够将胶体粒子与溶解聚合物分离开，可有效地脱除沉淀不能除去的包括细菌病毒和寄生物在内的悬浮物；超滤可将聚合物和胶体粒子与可溶低分子物质分开；纳滤能将二价离子与单价离子分离；反渗透只允许水通过。应用于印染废水处理的膜技术主要有超滤、纳滤和反渗透。随着膜技术的发展，膜分离技术在印染废水处理中的应用也会越来越多。目前膜分离技术在实际应用中的主要缺点是：投资和运行费用高。易发生堵塞，需要高水平的预处理和定期的化学清洗，还存在浓缩物的处理问题。混凝法混凝法主要有混凝沉淀法和混凝气浮法。由于工艺简单、效率高、费用较低等优点，在国内印染废水处理中应用广泛。混凝法最关键的是要选择合适的混凝剂，目前，主要有无机混凝剂、有机混凝剂、复合混凝剂以及生物混凝剂四大类。复合型混凝剂的高效性在于各种混凝剂相互协调作用，在废水中充分发挥各自的优势，从而达到较好的处理效果。离子交换法离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和废水中的离子进行交换反应而除去废水中有害离子的方法。离子交换过程是一种特殊的吸附过程。在废水处理中,离子交换主要用于回收和去除废水中的金、银、铜、镉、铬、锌等金属离子,对于净化放射性废水和有机废水也有应用[10]。在废水处理中,离子交换法的优点为:离子的去除效率高,设备较简单,操作容易控制。目前在应用中存在的问题是:应用范围还受到离子交换剂品种、产量、成本的限制,对废水的预处理要求较高,离子交换剂的再生及再生液的处理也是一个难以解决的问题。 1.4.2印染废水的化学处理方法氧化法二氧化氯氧化法：机理：二氧化氯的氧化机理比较复杂,一般认为二氧化氯会发生以下反应:：ClO2+H+→HClO+[O]HClO→HCl+[O]新生态的氧具有强的氧化性,稳定的二氧化氯(液态)偏碱性，(pH=9-10),pH≤7时便活化而放出新生态的氧,二氧化氯和印染废水中的污染物发生作用,二氧化氯的分解产物对发色基团有取代作用,并能够与染料分子结构中的双键进行加成反应,从而破坏染料分子中的发色基团达到脱色的目的。NaClO氧化法：次氯酸钠俗称漂白水,一般情况下为无色或淡黄色的液体,是一种优良的漂白剂和杀菌剂，它具有杀菌广谱、作用快、效果好的优点,而且生产工艺简单、价格低廉,在常温下即可发挥高效的漂白、杀菌作用和氧化作用,是国内外使用最普遍、应用最广泛的含“氯”漂白剂、清毒剂和防腐剂。但也有一些报道认为使用次氯酸钠作氧化剂,处理后废水中三氯甲烷和三氯乙烯含量大量增加,而卤代烃对环境造成的污染要比单纯色度大得多,并且卤代烃对生物体的肝脏损害很大,因此反对将次氯酸钠用作印染污水的氧化剂。O3氧化法：臭氧是已知最强的氧化剂之一,具有奇特的强氧化性,高效消毒、催化等作用。臭氧在水处理方面具有氧化能力强,反应速度快,不产生污泥,无二次污染，反应速度快、脱色率高、处理工艺简单。工业废水中的酸、碱、重金属化合物、有机磷农药、除草剂、洗涤剂等是最大的污染源,对地表水质污染较重,而这些水中污染物可以被臭氧氧化分解为无毒性物质,并脱色、去臭、杀菌、灭藻,另外还可以降低水中的BOD、COD等,在污水处理中有较好的效果[11]。用臭氧消毒、灭菌不存在任何对人体有害的残留物质(如用氯消毒时有致癌的卤代有机物产生),解决了饮用水的消毒质量问题。 臭氧对有害物质进行分解相当于对污染物进行一系列的化学变化和物理变化,使其转为无毒的副产物,有效地避免了残留而造成的二次污染。Fenton试剂及Fenton试剂氧化法：Fenton法是难降解有机物处理过程中研究较多的一种高级氧化工艺,可有效处理酚类、芳胺类、芳烃类、农药及核废料等难降解有机废水,与其他高级氧化工艺相比,具有简单、快速、可产生絮凝等优点,因而备受人们的青睐。Fenton试剂是Fe2+和H2O2的结合,两者反应生成具有高反应活性的羟自由基(·OH),·OH可与大多数有机物作用使其降解以至矿化。Fenton试剂的实质是二价铁离子(Fe2+)和过氧化氢之间的链反应催化生成·OH。三价铁离子(Fe3+)催化剂称为类Fenton试剂,也能激发这种反应。·OH的氧化电位达到2.8V,研究表明,Fenton试剂几乎可以氧化所有的有机物,传统废水处理技术无法去除的难降解有机物均能被Fenton试剂氧化而有效去除。同时,Fenton试剂中用到的Fe2SO4和H2O2都是常见的廉价药品,因此,Fenton法处理废水具有巨大的应用和研究价值。在过去的研究中,Fenton法已成功运用于多种工业废水的处理[12]。光化学法光氧化：光氧化技术是利用强氧化剂(Fenton、O3、H2O2等)在UV辐射作用下产生具有强氧化能力的氢氧自由基(·OH)来处理废水,常见的光氧化技术有UV/Fenton、UV/O3、UV/H2O2等[12]。反应过程产生大量的氢氧自由基,对有机物的降解速度快,而且对许多难降解有机物的矿化效果好;另外光氧化的反应条件对温度、压力没有特别要求,作为生物处理技术的前处理,可以大大提高难生物降解废水的可生化性。光臭氧氧化技术：UV/O3是将臭氧与紫外光辐射结合的一种高级氧化技术。这种技术不是利用臭氧直接与有机物反应,而是利用臭氧在紫外光的照射下分解产生的活泼的次生氧化剂来氧化有机物。反应条件温和(常温、常压),氧化能力非常强。解决有毒有害而无法生物降解物质的处理问题[13]。光过氧化氢氧化： 过氧化氢作为一种强氧化剂(pH值分别为0和14时,对应的H2O2的氧化还原电位分别为1.80V和0.87V),氧化性强、安全、易得,已经被广泛应用于处理废水和废气中无机、有机污染物。但是,对于一些难降解的有机污染物,像氯代芳香族的有机物和氰化物,仅使用H2O2作为氧化剂,不能将其有效地降解,而采用UV/H2O2联合工艺,紫外光可促使过氧化氢分解产生氧化极性强的氢氧自由基(·OH),从而能有效地降解一些单独使用H2O2不能降解的有机物[14]。光催化氧化：染料的颜色来源于染料分子的共轭体系,即发色体。发色体是含有不饱和基团—N=N—、—N=O、＞C=O、—NO2等的发色体系。光催化氧化能应用于印染废水治理领域在于它能打破共轭体系结构,使之变成无色的有机分子,从而可以进一步矿化。同时,光特殊的能量供给形式及潜在的太阳光优势若能有效地运用到纺织印染废水的治理中,将为该类废水提供一个价廉高效的处理技术[15]。电化学：印染废水中含有的染料、助剂等有机物往往种类繁多、组成复杂、性质各异,因而废水色度大,COD高,毒性大,一般较难直接采用生化法处理。特别是某些印染废水中含有可溶性染料,采用化学混凝法处理效果不好[16]。应用电化学特别是内电解法处理印染废水,不仅色度去除效果好,还可以较大地提高废水的可生化性,去除部分COD。而且这种方法处理工艺简单、操作方便、占地面积小、设备投资低,并可采用以废制废降低处理成本,是目前处理印染废水应用最为广泛的一种方法,具有较好的发展前景。结语印染废水是指棉、毛、化纤等纺织品在预处理、染色及印花和后整理过程中所排放的废水。印染废水中含纤维杂质、染料、浆料、助剂等,其色度大,并且COD值高,碱性大,难生化降解,属难处理的工业废水之一。随着纺织工业新产品、新技术的开发,各种难生物降解的有机物进入印染废水,使得印染废水更难处理。目前处理印染废水的方法主要有物理法、化学法和生物法,各种方法都有其不同的优缺点,往往需要几种方法和几个处理单元组成的系统处理后才可以达到要求。有机物的去除一般以生物法为主，对难以生物降解的印染废水可采用厌氧（水解）— 好氧联合处理技术或者物化方法的预处理；对易于降解的则采用一段生物处理。而色度的去处采用的是物化的方法。参考文献：[1]龚铭祖.纺织工业废水处理[M].北京：中国环境科学出版社,1990[2]牛樱.兼氧—好氧工艺处理高浓度化工废水[J].工业水处理.2000,20(8)：8-10[3]郑书忠.混凝-缺氧-好氧工艺处理纺织印染废水[J].工业水处理.2000,20(8)：33-36[4]丁忠浩.废水资源化综合利用技术[M].北京：国防工业出版社,2007:260-261[5]刘亮,安晓玲.印染废水处理技术的研究现状[J].河北工业科技,2008,25(3)[6]陈米宋,李聪.废弃聚笨乙烯泡沫塑料磺化制取絮凝剂的实验研究[J]．贵州化工,2006(2)：12-13[ 毕业设计开题报告2．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):2.1本课题要解决的问题本课题依据任务书所给定的数据及出水要求，并结合技术可行性和社会经济性，对啤酒废水的处理工艺、处理流程进行研究与设计，并对相关构筑物进行计算，得出符合实际的工艺设计流程。首先，对某印染厂房印染废水的特点、性质和主要污染成分进行分析；其次，掌握水处理常用系统的运行原理和设计工艺；再次，根据该焦化公司排放废水数据计算出相关的污水处理设计参数，并根据废水特点设计出相关工艺流程；最后做出相应的CAD工程图。2.2资料收集通过资料收集，某印染厂房废水水质情况如下。废水流量：Q=83.3m3/h。进水水质：COD=2000mg/L；BOD5=320mg/L；SS=150mg/L；pH=13出水水质：处理后的废水达到GB(8978-1996)二级标准，即COD≤150mg/L；BOD5≤30mg/L；SS≤150mg/L；2.3拟采用的手段因印染废水的主要特点之一是BOD/COD值较高，有利于生物方法进行处理。考虑到UASB技术最为成熟，UASB+好氧技术也是国内应用最广的技术，又考虑到SBR的优点，所应采用UASB+SBR工艺。绘制主要构筑物的CAD图纸及流程图，进行技术校核、经济效益评估，核算工程造价及运行费用。2.4研究方法该工艺利用厌氧微生物的分解能力，先将高分子难降解有机物分解成2～6个碳原子简单结构的化合物，再通过好氧微生物做进一步的分解，从而提高各污染物的去除能力并且利用氯的强氧化作用破坏有机物的发色基团而达到脱色效果。工艺流程见图2-1。 H2SO4接触氧化池水解池调节池集水池mg/L原水氯氧化池沉淀池出水Cl2图2-1水解-好氧-氯氧化法工艺这种工艺的化学需氧量去处率90.31％；生化需氧量去除率98.47％；色度去除率98.47％；硫化物去除率99.57％。该工艺进水COD浓度为700～1000mg/L,处理后出水最高浓度为150mg/L[7]。广东省佛山市纺织废水处理中心采用该工艺对难降解的高分子化合物如PVA、ABS等有较高的去处能力，处理后出水的各项指标均达广东省地方DB-89一级排放标准。另外处理系统中解决了污泥的二次污染问题，环境及经济效益显著。该工艺的缺点是加氯成本高，产生二次污染。 毕业设计开题报告指导教师意见：指导教师：年月日所在系审查意见：系主任：年月日'