（环境工程专业论文）印染废水生物处理中剩余污泥减量化技术研究.pdf

摘要 如何对有机废水生物处理中产生的剩余污泥进行经济有效的处理，是一个 世界性的尚未解决的问题。本研究针对剩余污泥处理与处置这一世界性难题，从 水解酸化理论和剩余污泥的特性出发，首次将剩余污泥作为一种资源，从清洁生 产的角度，把印染废水生化处理系统的剩余污泥减量和系统自身统一起来作为一 个完整体系进行考虑，研究在印染废水生物处理系统中采用水解酸化工艺以实现 系统污泥的减量化，取得了一定的成果，现摘要如下： 首先研究了在间歇式水解酸化工艺处理酸性染料废水系统中实现剩余污泥 的减量化。通过研究不同工艺条件对污泥水解酸化效果的影响，证明：1 ) 有机 酸的生成或消耗和氨氮的积累或消减是系统p h 值变化的主要原因，随着污泥浓 度的不同，p h 最低点的数值和达到最低点的时间有一定的差异；2 ) 在本工艺所 采用的水解酸化菌的作用下，对实验所选三种浓度的污泥均能实现有效地减量； 3 ) 从水解实现系统污泥减量效果的角度来讲，温度控制在2 5 c 4 0 c 之间，比 较适宜水解产酸菌的作用；4 ) 系统中不同搅拌速度对上清液的n f l 3 - n 浓度有很 大的影响，无搅拌和搅拌过度，都无法充分发挥水解酸化菌的效率。搅拌速度以 1 0 r r a i n 、3 0 r r a i n 时系统能够较大限度地发挥水解酸化菌的作用。 研究了连续式水解酸化工艺( f l 用2 o ) 应用于活性与分散染料混合废水的 处理中，在本实验条件下，当剩余污泥全部回流到废水处理系统时，各反膨器约 能够保持污泥的平衡稳定，无需进行排泥。说明该工艺对剩余污泥进行减量可有 效地实现无剩余污泥排放。工艺参数对剩余污泥减量有一定的影响，当水温在 2 5 以上、单反应器水力停留时间在1 0 h 以上、以及进水的c o d c ，容积负荷在 2 3 l k gc o d c d m 3 d 以下时，可保证系统无剩余污泥排放，并使系统出水符合国 家一级标准。剩余污泥的回流减量既可以有效提高印染废水的脱色效率，又可以 补充废水处理过程中微生物所需的营养物质。 采用不同的仪器分析了连续式水解酸化系统中污染物的降解情况，三种仪 器分析结果相互应证，均说明经过随着水解酸化处理工艺的逐步进行，水中的有 机污染物逐渐断裂、分解，种类减少、浓度降低，且好氧过程中微生物对有机物 的处理程度增加。从理论上了证明水解酸化工艺处理剩余污泥的有效性。 首次建立了连续式水解酸化系统的动力学方程，从求取的动力学参数中发 现，好氧系统中所含有的不可生物降解有机物浓度低于兼氧系统，证明活性与分 散染料的混合废水在好氧段的降解性能要好于其在兼氧段的降解性能。 本文通过大量的实验工作和理论研究，对水解酸化工艺应用于不同状态的 染料废水中影响污泥减量效果的工艺参数、污泥回流对系统运行效果的影响等进 行了系统的剖析和研究，在保证出水水质达标的前提下，基本实现了剩余污泥减 量化。本研究成果，为剩余污泥减量化提供了新的思路，具有较大的理论意义和 实用价值。 关键诃：印染废水，生物处理，剩余污泥减量 2 a b s t r a c t h o wt od e a lw i t he x g c s $ s l u d g ee f f e c t i v e l yi nb i o l o g i c a ld i s p o s a lo fo r g a n i c w a s t ew a t e r , w h i c hi sac o s m o p o l i t a np r o b l e mt h a tn o ts o l v e dy e t t os o l v et h e p r o b l e m , a c c o r d i n gt ot h c o r yo fh y d r o l y s i s - a c i d i f i c a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i co ft h e e x c c s ss l u d g e ，t h ee x c e s ss l u d g ea r er e g a r d e da sar e s o u r c ea tt h ef i r s tt i m ei nt h i s p a p e r i nt e r m so fc l e a n e rp r o d u c t i o n , i ti sr e g a r d e da sa w h o l et h a tm i n i m i z ee x c e s s s l u d g ep r o d u c t i o ni nb i o l o g i c a ld i s p o s a lo fp r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t ew a t e ra n d s y s t e mo n e s e l f s o m er e s u l t sa r ea c h i e v e dt h a ta d o p th y d r o l y s i s - a c i d i f i c a t i o np r e c e s s i nb i o l o g i c a ld i s p o s a lo f p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t ew a t e rs oa st or e a l i z em i n i m i z a t i o n e x c e s ss l u d g ep r o d u c t i o n t h es u m m a l yi sa sf o l l o w s ： a tf i r s ti t i ss t u d i e dt h a tu s e dp e r i o d i ch y d r o l y s i s - a c i d i f i c a t i o n p r o c e s s ； a c i d i c - d y e sw a s t ew a t e rs o 雒t or e a l i z ei n i n i n t i z a 虹o ne x c e s ss l u d g ep r o d u c t i o n ， t h r o u g h d i f f e r e m p r o c e s s c o n d i t i o 璐h a v ei n f l u e n c eo n t h er e s u l to f h y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o n ，i ti sp r o v e dt h a t ：1 ) a c c u m u l a t i o no rc o n s u m p t i o no ft h e o r g a n i ca c i da n dt h a to f a m m o n i a - n i t r o g e na r et h em a i nr e a s o nt h a tt h ep hc h a n g e s i nt h es y a e m w i t ht h ed i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o no fs l u d g e ，t h el o w e s tp ha n dt h et i m e o fr e a c h i n gt h el o w e s t p h a r e d i f f e r e n t 2 ) u n d e r t h ef u n c t i o no f h y d r o l y s i s - a c i d i f i c a t i o nb a c t e r i a lt h ed e c r e m e n to ft h r e ek i n d sc o n c e n t r a t i o no f s l u d g et h a tt h ee x p e r i m e n ts e l e c t sc a l lb ea c h i e v e de f f e c t i v e l y 3 ) t h et e m p e r a t u r e so f a m o n g2 5 - 4 0 c e n t i g r a d ea r es u i t a b l ef o rt h ef u n c t i o no fh y d r o l y s i sa n dp r o d u c i n ga c i d f u n g u s ，4 ) t h ed i f f e r e n ts p e e d so f m i x i n gi nt h es y s t e mh a v ev e r yg r e e ti n f l u e n c e0 1 1 t h ec o n c e n t r a t i o no fn h 3 - hi nl i q u o rs u p e m a t a n t i ti su n a b l et og i v ef u l lp l a yt ot h e e f f i c i e n c yo fh y d r o l y s i s - a c i d i f i c a t i o nf u n g u si fh a v i n gn o tm i xo rm i xe x c e s s i v e l y i t c a np r o m o t el a r g e l yt h ef u n c t i o no f h y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o nf u n g u sw h e nt h es p e e do f m i x i n ga r el o r m i na n d3 0 r m i n i ti ss t u d i e dt h a tu s e dc o n t i n u o u sh y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o np r o c e s si na c t i v ea n d d i s p e r s ed y e s t u f f sw a s t ew a t e r w h e na l le x c e s ss l u d g ef l o wb a c kt ot h ep r o c e s s s y s t e mo ft h ew a s t ew a t e r , s l u d g ec a l lk e e pab a l a n c ei ne v e r yr e a c t o rd u r i n gt h et i m e o fe x p e r i m e n t , a n dn e e d n tt ob ed i s c h a r g e d i ti sp r o v e dt h a tt h i sp r o c e s sc a l lr e a l i z e e f f e c t i v e l y z e r od i s c h a r g i n g ”t h ep r o c e s sc o n d i t i o n sh a v ec e r t a i ni n f l u e n c eo no f d e c r e m e n to f e x c e s ss l u d g e i no r d e r 协e n s u r ee x c e s ss l u d g e z e r od i s c h a r g i n g i nt h e s y s t e m ，a n dt h ew a t e rd r a w i n ga c c o r d sw i t hn a t i o n a lg r a d e - o n es t a n d a r d ，i tm u s tb e c o n t r o l l e dt h a tt e m p e r a t u r e sa r ea b o v e2 5c e n t i g r a d e , h y d r a u l i cr e s i d e n c et i m e 日i e v e r yr e a c t o ra b o v el o b , a n dt h ec o dv o l u m el o a d i n g so fi n f l o wa r eu n d e r2 31 k g c o d c m 3 d t h er e c i r c u l a t i o no fe x c e s ss l u d g e 啪i m p r o v ee f f e c t i v e l y t h e e f f i c i e n c yo fd e c o l o r i z a f i o np r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t ew a t e ra n dc a ns u p p l yt h e n u t r i m e n ti nt h ec o u r s eo f t r e a t m e n t t h ed e g r a d a t i o no fp o l l u t a n t si nt h ec o n t i n u o u st y p eh y d r o l y s i s - a c i d i f i c a t i o n s y s t e ma l ea n a l y s e db ya d o p t i n gd i f f e r e n ti n s t r u m e n t s t h ea n a l y t i cr e s u l to ft h r e e i n s t r u m e n t sc a l lp r o v ee a c ho t h e rt h a tt h eo r g a n i cp o l l u t a n ti nw a t e rr u p t u r e sa n d r e s o l v e sg r a d u a l l y , t h ek i n dd e c r e a s e d , t h ec o n c e n t r a t i o n sa r er e d u c e dw i t ht h e p r o c e e d i n go f h y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o t la n d t h ea e r o b i cp r o c e s si sm o r ee f f e c t i v e l y i t i sp r o v e dt h e o r e t i c a l l yt h a th y d r o l y s i s - a c i d i f i c a t i o np r o c e s si sv a l i dt od e a lw i t h e x c e s ss l u d g e i t st h ef i r s tt i m et os e t u pd y n a m i c se q u a t i o n o fc o n t i n u o u s t y p e h y d r o l y s i s - a c i d i f i c a t i o ns y s t e m f r o mt h ed ) a m m i c sp a r a m e t e ri tc a nb ef o u n dt h a tt h e c o n c e n t r a t i o no fn o n - b i o d e g r a d a b i l i t yo r g a n i ci na e r o b i cs y s t e mi sl o w e rt h a nt h e c o n c e n t r a t i o no ft h a ti n t h ef a e u l t a t i v es y s t e m i tp r o v et h a tt h ed e g r a d a t i o n p e r f o r m a n c ei nt h ea e r o b i cp r o c e s s 眦b e t t e rt h a nt h a ti nt h ef a e u l t a t i v es y s t e mi n a c t i v ea n dd i s p e r s ed y e s t u f f sw a s t ew a t e ra l ec o n c e r n e d i nt h i sp a p e ra l a r g ea m o u n to f e x p e r i m e n t sa n dt h e o r e t i c a lr e s e a r c h e sa r ec a r r i e d o n t h es y s t e m a t i cs t u d i e sa r ；em a d et h a tp r o c e s sc o n d i t i o n sa n dr a e i r e u l a t i o no f e x c e s ss l u d g ea n ds oo ni n f l u e n c eo nt h ee f f e c to fe x c e s ss l u d g ed e c r e m e n ti nt h e s y s t e mo f h y d r o l y s i s - a c i d i f i c a t i o np r o c e s st r e a t m e n td i f f e r e n td y e sw a s t ew a t e r u n d e r e n s u r i n g t h ew a s t ew a t e rq u a l i t yu pt o s t a n d a r d ，r a j n i m i z a t i o ne x c e s ss l u d g e p r o d u c t i o n a l ea c c o m p l i s h e d t h i sr e s e a r c hr e s u l t so f f e ran e wt h i n k i n gf o r m i m m i z a t i o ne x c e s ss l u d g ep r o d u c t m i i ，a l s oh a v eg r e a t e rt h e o r e t i c a lm e a n i n ga n d p r a c t i c a lv a l u e 4 k e yw o r d s ：d y e i n ga n df i n i s h i n gw a s t e w a t e r , b i o l o g i c a lt r e a t m e n t ，e x c e s ss l u d g e r e d u c i n g 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责。并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：瘃望 日期： p f 年f 月如日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密、弘 学位论文作者签名： 日期：d f 年妇知日 沫主 指导教师签名：下( ： 日期：年易月乡钼 东华大学博士论文印染废水生物处理中莉余污泥藏量化技术研究 绪论 随着工业化进程的不断深入，全球性环境污染日益破坏着地球生物圈几亿年 来所形成的生态平衡，并对人类自身的生存环境构成了严重威胁。资源和环境问 题已成为当前人类面临的重要问题之一，其中全球性水污染已对人类的生存和社 会经济的发展构成越来越严重的威胁，防止水体恶化、保护水资源己成为人类共 同追求的目标。随着人口的增长和经济的迅猛发展，人类对水资源需求的增加， 水污染问题己成为影响入类社会生存和发展的重要因素。 上个世纪九十年代以来，我国经济高速发展，人民生活水平不断提高，但 环境污染问题并未得到有效控制，在有些地区反而呈现加重的趋势。据报道，我 国每年污水的排放量约为3 9 0 多亿吨，其中工业废水占5 1 并以1 的速率逐 年递增。 由于逐年加重的环境压力，世界各国纷纷制定各自的环保法律、法规和采 取不同的措施，我国政府对环境问题也予以高度重视，并向国际社会全球性环境 保护公约做出了自己韵承诺。我国是纺织印染的第一大国，而由于大量化学品的 使用，纺织印染行业在其生产加工过程中会排放大量的废水，约占整个工业废水 排放量的3 5 ，是水体的重要污染源。据不完全统计，我国印染废水排放量约为 每天3 x1 0 6 4 1 0 6 立方米，印染厂每加工1 0 0 米织物，会产生3 5 吨废水， 故由此而造成的生态破坏及经济损失是不可估量的，因而要实现印染行业的可持 续发展，必须首先解决印染行业的污染问题。 棉、毛、化纤等纺织产品的印染加工一般包括前处理、染色、印花和整理四 个过程，前处理过程又含有烧毛、退浆、煮练、漂白、丝光等工序，每一工序分 别排出退浆废水、煮练废水、漂白废水和丝光废水，染色过程排出染色废水，印 花过程排出印化废水和皂洗废水，整理过程排出整理废水，印染废水是以上各类 废水的混合废水，其成分复杂、色度大、c o d 高，含有残余染料、染色助剂、 酸碱、以及一些重金属，其中残余染料和助剂构成了废水中有机污染物的主要成 分，并使废水成为我国各大水域的重要污染源【卜4 1 。 目前，国内外对印染废水的处理手段主要有物理法、化学法和生物法。但物 东华大学博士论文印染废水生物处理中剩余污泥减量化技术研究 理法和化学法不能使大部分有机物分解去除，基本都需与生物法串联。而活性污 泥法是应用最广泛的废永生物处理技术之一。目前世界上超过9 0 的城市污水处 理厂都采用活性污泥法，该法具有很多优点，但会产生大量的剩余污泥，其数量 约占处理水量的0 3 0 5 ( 含水率以9 7 计) 。剩余污泥处理的成本高昂，约占 污水处理厂运行费用的2 5 6 5 1 s - 6 1 污泥减量已经成为环保领域面临的一大 挑战。德国在1 9 9 6 年明确提出了废物减量化、资源化和无害化的顺序 7 - s i 。 如何对有机废水生物处理中产生的剩余污泥进行经济有效的处理，是一个世 界性的尚未解决的问题。当前，日本欧美等发达国家污泥稳定处理，大都采用厌 氧消化处理工艺。该工艺存在着负荷低、运行不稳定等问题，且污泥处理费用高。 长期以来，我国剩余污泥一般是先采用化学处理，调整介质，加大量混凝剂、石 灰后脱水成含水率7 0 8 0 的泥饼外运到环境，再进行填埋，既占用了大量珍贵 的土地资源，又由于污泥中的有害有机物渗入土壤中而会产生二次污染，其对环 境的潜在危害和影响是难以估量的。因此，我国污泥稳定化处理尽管处于起步阶 段，但己逐步认识到污泥处理和处置的重要性和迫切性，结合我国国情，研究出 高效、节能的污泥处理工艺，不仅可以降低污泥处理费用，而且可以推动我国和 世界污泥稳定处理技术的发展和普及【9 2 1 。 由于剩余污泥的处理与处置已成为世界性的难题，而污泥的减量化是解决该 问题的最有效途径，因而剩余污泥减量化机理的研究已成为目前环境科学工作者 的研究热点。目前在剩余污泥减量化方面还没有一项从机理到实际应用均特别成 熟的技术。本课题所采用的水解一酸化技术已被实践证明对污泥减量化具有良好 的效果，但该技术在处理条件控制、污泥水解酸化前后有机物结构的变化、剩余 污泥的特性及污泥酸化后进入废水处理系统对处理效果的影响等机理还不十分 明确。因此，本研究从水解酸化理论和剩余污泥的特性出发，针对目前印染废水 中产生量最大的活性染料和分散染料混合废水进行对比试验，对以下几方面进行 重点探讨： ( 1 ) 研究在间歇式水解酸化处理酸性染料废水的系统中( 试验开始时一次性进 水、进泥) ，分别利用剩余污泥自身的兼性菌和外界加入已经培养成熟的 水解、酸化细菌，通过系统的水解酸化作用，实现烈余污泥减量化，研究 系统有机物的变化规律和间歇条件下水解酸化实现剩余污泥减量化的工 东华大学博士论文印染废水生物处理中剩余污泥减量化技术研究 艺及机理。 ( 2 ) 研究活性与分散染料的混合废水处理系统中，采用连续式水解酸化工艺实 现污泥减量化，分析污泥的水解减量效果及各反应器中的污泥平衡情况。 讨论水温、进水c o d 负荷、停留时间等不同参数对污泥减量效果及废水 处理效果的影响，从而证明该工艺能将剩余污泥消灭在废水处理系统内部， 从源头上解决了剩余污泥问题； ( 3 ) 借助于仪器分析连续式水解酸化工艺处理系统中有机物交化的趋势及污泥 对有机物吸附的状况，了解该系统中有机物降解的规律。 ( 4 ) 对水解酸化技术处理分散和活性染料混合废水系统迸行动力学分析，建立 该系统的动力学模型，为水解酸化工艺的工程推广应用打下基础。 本文首先将剩余污泥作为一种资源，从清洁生产的角度，把印染废水生化处 理系统的剩余污泥减量和系统自身统一起来作为一个完整体系进行考虑，研究在 印染废水生物处理系统中采用水解酸化工艺以实现系统污泥的减量化。本研究成 果，可以为剩余污泥减量化提供新的思路，具有较大的理论意义和实用价值。 东华大学博士论文印染废水生物处理中剩余污泥减量化技术研究 第一章印染废水的特点及剩余污泥处理技术 1 1 纺织印染行业基本情况 纺织工业是我国传统的支柱产业之一，已有一个多世纪的发展历史，是我 国民族工业中历史最悠久的产业之一。长期以来，纺织工业在满足我国人民衣着 需要及产业用品的需求、增加出口刨汇、积累建设资金、增加社会就业及为相关 产业配套方面发挥了重要作用，做出了巨大贡献。 印染行业在纺织工业的发展中有着重要地位，印染后整理水平在一定程度 上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及 服装附加值的重要因素。最近二十年来，我国的印染技术水平有了较大进步，在 质量、品种、装备上都有一定的改善，但总体上与国际水平相比还有相当差距。 在加入世界贸易组织后，我国纺织印染行业经受了严峻考验，加快了由纺织大国 向纺织强国转变的步伐。 我国的纺织印染工业属传统工业，其高新技术含量相对较低。尽管在纺织 品的质量、品种、装备上与国际水平相比还有相当差距，但我国有较丰富的原料 资源，有相对便宜和充足的劳动力资源。其各类产品( 包括布料和服装) 价格相 对较低，是我国出口最具竞争优势的产业，加上我国有1 3 亿人口的国内消费市 场，市场潜力很大。 纺织工业使用的原料是各种纤维材料，纺织纤维的种类很多，主要可分为 天然纤维和化学纤维两大类。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，因而根据纤维的原料可分为棉纺、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8 5 以上，是数量最大的一类产品；毛织物产品占 1 0 ；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重，由1 9 9 5 年的4 5 上升到2 0 0 0 年的6 0 ，化学纤维得到高速发展。 末华大学博士论文印集虚永生物处理孛囊衾污泥减量让技术研究 1 2 印染生产工艺 棉纺织及其印染行业是我国纺织工业中规模最大、基础较好、历史悠久的主 要行业，在我国已有近百年的发展历史，棉印染行业使用染化料品种和数量最多。 由于棉花纤维是纤维素纤维，其中含有大量的天然杂质会影响后续加工过程和产 品的质量，需要采用化学方法加以去除；棉纤维与染料的结合力主要靠范德华力 和氢键，其使用染料主要为活性、还原、直接、硫化等类，这些染料相对价格较 便宜，上染率却不太高尤其是硫化染料，上染率只有3 0 左右，其余均残留在 水中，造成废水中污染物浓度较高。棉混纺织物中的化学纤维主要是涤纶纤维， 这种纤维的染色，主要采用适宜涤纶纤维的分散染料，和上述适宜棉织物的染料 相比，分散染料上染率较高，但染料中填充剂较多，也给废水治理带来困难。纯 棉和棉混纺织物印染加工的一般工艺流程为； 1 2 ，1 烧毛 图i l 纯棉和捣混纺织物日l 染加工工艺 纤维在纺纱时，有很多短而松散的纤维露于纱线的表面，再加上织机的摩 擦，在织物表面上耸立着一层短纤维，这层绒毛不仅影响织物的光洁度和容易沾 染灰尘，而且在印染加工中还会产生各种疵病。烧毛的目的在于烧去布面上的绒 毛，使布面光洁美观，并防止在染色印花时，因绒毛存在而产生染色不匀及印花 疵病。 织物烧毛是将原布迅速地通过火焰或擦过赤热的金属表面，这是布面上存 在的绒毛很侠升温而燃烧，而布身比较紧密，升温较慢，在未升到着火点时，即 已离开了火焰或赤热的金属表面，从而达到既烧去绒毛，又不使织物损伤的目的。 织物烧毛是物理的干态加工过程，无废水产生。 东华大学博士论文印染废水生物处理中捌余污泥减量化技术研究 1 2 2 退浆 棉布在织造时，经纱由于开口和投梭作用受到较大的张力和摩擦，常发生 断经现象，为了减少断经，提高经纱的强力、耐磨性及光滑程度，以保证织布的 顺利进行，在织造前经纱一般都要经过上浆处理。 经纱上浆方便织造，但给印染加工带来许多困难，它不仅影响织物的渗透 性，阻碍化学药剂和染料与纤维的接触，多耗用染化药品，还会影响产品质量。 所以在棉布练漂前要进行退浆。退浆不仅去除棉布上的浆料，而且还能去除棉纤 维上的部分天然杂质。退浆的方法主要有酶、碱、氧化剂退浆等。织物上的浆料 主要有天然浆料如淀粉等，合成浆料如聚乙烯醇( p 、，a ) 及纤维素浆料如羧甲基 纤维素( c m c ) 等。 由于织物上浆料品种的不同，因而需采用不同的退浆方法和工艺，所产生的 废水水质存在着较大差异，特别是随着聚乙烯醇( p 0 浆料使用量的增加，废 水处理的难度加大。 1 2 3 煮练 棉布经过退浆后，虽然大部分浆料和小部分天然杂质已经去除，但是仍然存 在着少量的浆料和大部分天然杂质，如蜡状物质、果胶物质、含氮物质、棉籽壳 及部分油剂和少量浆料等，这些杂质的存在使棉织物布面较黄、渗透性差，不能 满足染色、印花、整理等后续加工的要求，因此，退浆后要进行煮练。煮练就是 用化学方法去除棉布上的天然杂质，精练提纯纤维素的过程。 煮练的主要用剂是烧碱( 氢氧化钠) ，此外，常用的助练剂有：表面活性剂、 硅酸钠和亚硫酸氢钠等。由于煮练液中大量使用了烧碱、表面活性剂和助剂，因 而其残液中的p h 值高，有机污染物浓度高。 1 2 4 漂白 棉布经过煮练后，虽然在一定程度上去除了杂质，但仍然残留色素，色泽 不白，影响染色和印花织物的色泽鲜艳度，因此需进行漂白。 漂白的目的主要是去除天然色素，赋予棉布以必要的白度，同时棉布上残 东华大学博士论文 印豢废永生物处理中剩余污拢减量化技术研究 留的其他杂质也可以进一步去除，使棉布的润湿性能有所提高。 棉布漂白时所用的漂白剂有还原和氧化两大类型，还原型漂白剂通过还原作 用将色素破坏，但效果不稳定。漂白后的织物在空气中长久放置后，已被破坏的 色素会重新氧化而复色，所以很少使用。常用的氧化型漂白剂主要有：次氯酸钠、 过氧化氢、亚氯酸钠等。它们均能在一定的条件下，分解产生具有氧化作用的基 团，破坏织物色素中的发色基团，使其失去颜色而起到漂白作用。 由于漂白所需的化学药剂和去除的杂质较少，因而其排放的废水中污染物含 量及色度均较低。 1 2 5 丝光 丝光是棉织物在一定张力下的浓碱处理。织物经过丝光后，尺寸稳定性提 高，缩水率下降；断裂强度提高，断裂延伸度下降；对染料、水分的吸附能力提 高；具有良好的光泽。 丝光液中烧碱的浓度非常高，一般不直接排放，回收后再循环使用。 1 2 6 染色 所谓染色是使染料与纤维发生化学或物理化学的结合，或者用化学方法直接 在纤维上合成颜料，并使纺织品具有颜色的加工过程。染色是在一定温度、时间、 p h 值和染色助剂等条件下进行的。各种纤维织物都有其对应的染料进行染色， 因而在整个染色过程中，染料是最基本的原料。它是有色的有机化合物。 用于格及棉型织物染色的染料主要有：直接染料、活性染料、还原染料、不 溶性偶氮染料、硫化染料等，它们的结构中大多存在着偶氮基、蒽醌结构、芳环 等复杂的基团，是难降解的有机化合物。对于棉混纺织物，根据混纺的化学纤维 种类，可选用分散染料等。 目前，染色过程均是在水中进行的，染色所排放的废液中含有一定量的染料 及其它有机污染物，呈现出不同的颜色。 1 2 7 印花 纺织品印花是将各种染料或颜料调制成印花色浆，局部施加在纺织品上，使 东华大学博士论文 印染废水生钫处理中剩余污泥减量化技术研究 之获得各色花纹图案的加工过程。印花色浆一般由染料或颜料、糊料、助溶剂、 吸湿剂等其它助剂所组成旧。 和染色相比，印花废水量较少，水中污染物的浓度较低。 织物经过染色或印花后，一般需进行整理，以使产品更具有挺括、光滑感 或各种特性。整理过程基本不用水或用水量很少，基本无废水产生。 印染废水包括前处理废水和染色、印花废水。对纯棉织物而言，前处理废 水和染色、印花废水中的污染物总量相近，对混纺织物而言，前者中的浓度低于 后者。印染废水为有机废水，废水主要成分为人工合成有机物( 染料、助剂等) 及部分天然有机物，并含有一定量难生物降解物质。 为了简化实验条件，使实验数据更为稳定，本研究所采用的印染废水是在 棉及棉型织物染色中产生量最大的活性与分散染料的混合染料废水。 1 。3 印染废水的特点 各类纺织印染企业，其生产的产品多种多样，除了织造方法不同外，纤维 成分也发生了较大变化，特别是近年来化学纤维的快速发展，各类天然纤维与化 学纤维混纺产品不断增加，即使同一企业其产品成分变化也较大，因而其生产过 程中排放的废水水质也经常处于变化之中。一般而言，天然纤维产品印染过程中 排放的废水水质可生物降解性较好，天然纤维与化学纤维混纺产品排放的废水水 质可生物降解性稍差，而纯化学纤维产品排放的废水水质可生物降解性则较差。 这主要是生产加工过程中使用的降料和染料以及对纤维的不同前处理工艺所致。 总的说来，印染废水具有以下特点。 1 3 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、降料等) 所构成；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，造成在水中的残留，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、 东华大学博士论文印染废水生物处理中剩余污泥减量化技术研究 浆料的使用，有机污染物的可生化性降低，处理难度加大。 1 3 2 水质变化大 印染废水是各类纺织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j j 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，因而其 捧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，c o d c ，高时可达2 0 0 0 3 0 0 0 m g l ，且b o d c o d 0 2 ， 可生化性差。 1 3 3 p h 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p h 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p h 值是不同的。一般来说， 由于棉及棉混纺织物印染加工中很多工艺都需要加入碱，造成废水中p h 值较高。 1 3 4 水温水量变化大 印染产品品种繁多，加工工艺复杂，各工艺流程所需温度和水量各不相同， 因而导致出水水温水量的不稳定。 印染行业的废水治理主要集中在生产不同纤维产品的印染企业中。目前印 染企业主要采用以水为媒介的湿法加工工艺，生产中使用较大量的清洁水，排放 出较大量的含有一定色度及不同污染物含量的有害废水。这种废水如不进行治 理，则会对受纳水体产生较大的有机性污染，使生态系统产生较大的破坏，印染 废水的治理势在必行。 1 4 印染废水常用的处理方法 正是由于印染企业生产品种的多样性及生产工艺的复杂性，而且其废水具 有上述的特点，因而印染废水的处理具有一定的难度。印染废水属于有机性废水， 东华大学搏士论文印染废水生物处理中剩余污泥减量化技术研究 采用生物处理方法具有较好的效果。只要供给其一定量的空气，印染废水中的有 机污染物作为微生物的营养源，将会不断吸附、氧化、分解，经过沉淀分离，从 而达到去除污染物的目的。但近年来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p v a 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，其c o d 浓度提高，从而使生物 处理的效果降低。 化学处理也是印染废水的一种处理方法，它主要是采用投加一定量絮凝剂， 通过药剂的水解、电中和、凝聚架桥作用，而继续去除废水中的污染物。但由于 目前混凝剂等药剂的有效成分含量较低，单纯采用化学处理治理印染废水其投加 量相对较大，污泥产生量也较大，运行成本较高。一般是在生物处理之后采用化 学处理，由于污染物含量较低，投药量相对较少，在满足达标排放要求时，可降 低运行成本。 随着人们对环境质量要求不断提高和改善，废水排放标准要求也越来越严 格。对印染废水而言，单独的生物处理或化学处理都难以达到排放要求，一般是 采用生物处理技术为主，再辅以化学处理技术，这样既保留了生物处理方法可去 除较大量有机污染物和一定颜色的能力、且基本稳定的特点，又发挥了物理化学 法去除颜色和剩余有机污染物能力的特点，且运行成本可以降低。 此外，随着科学技术的发展，将催化、氧化、磁化、超声、光氧化、臭氧 化等技术综合在一起的化学处理技术，近年来也逐步实现了产业化。该类技术在 印染废水资源化方面有良好的应用前景，但能耗大，运行成本过高对其应用有不 利影响。 从已建印染废水处理工程的效益分析，当处理相同废水量时，虽然采用生 物处理工程的一次性投资( 基建投资) 高于采用化学处理方法的投资，但其运行 成本则低于化学处理方法。特别是生物处理技术的不断改进，该技术目前仍然是 处理印染废水行之有效的方法【1 4 1 5 1 。 在废水的生物处理中活性污泥法仍然是目前世界上应用最广泛的处理技术， 但它在污水处理的同时产生大量的剩余污泥。而如今对剩余污泥的处置方法都存 在着二次污染或成本较高的问题【1 6 叫7 】，剩余污泥的减量化技术是环保工作者研 究的热门领域。 东华大学博士论文印染废水生物处理中剩余污扼减量化技术研究 1 5 剩余污泥处理现状 剩余污泥是在废水处理过程中，由废水中悬浮状、胶体状或溶解状有机物 组成的某种活性物质，其绝大部分由微生物菌体所组成。此外还含有很多病原微 生物、寄生虫卵、重金属离子等有害物质。正因为剩余污泥这一特性，国际上在 其处理处置的过程中，提出了稳定化、无害化和资源化的要求。在这一趋势的引 领下，堆放、排海等传统的处理方法逐渐被淘汰，取而代之的是一些更加安全、 可靠的方法。总的来说，剩余污泥在浓缩、脱水、稳定等预处理后的最终处置方 法可分成卫生填埋、焚烧和土地利用三类。 1 5 1 卫生填埋 污泥的卫生填埋始于2 0 世纪6 0 年代，基本方式是污泥经过灭菌处理后直接 倾倒于低地或谷地制造人工平原。该法的处理过程简单、污泥不需要高度脱水且 适用于质量较差的污泥，具有投资少、容量大、见效快的特点。所以，许多发达 国家过去都采用此方法来处理剩余污泥，且占有很大的比例，约4 0 左右。在我 国，卫生填埋也是主要的污泥处置方法。 然而，卫生填埋也存在许多问题。首先是场地问题，适宜污泥卫生填埋的场 所因污泥大量的产生而显得越来越有限。据调查预测，到2 0 0 5 年欧盟国家的卫 生填埋场所仅能容纳污泥总产量的1 7 。而美国估计在今后2 0 年内将关闭6 5 0 0 个填埋场中的5 0 0 0 个。其次是环境卫生问题，渗沥水、臭气等二次污染一直围 绕着这一处置方法，并且该方法并不能最终避免环境污染，只是延缓了产生时间。 另外，卫生填埋对场地地基渗透系数及地下水水位有较高要求，且需要大量的运 输费用和地基防渗处理费用，这些都是污泥卫生填埋实施中的不利因素【m 1 9 1 。 i 5 2 污泥焚烧 污泥中含有大量的热值，每千克的污泥其热值可达一千多千焦，其热值高 于煤和焦碳。国外很多污水处理厂充分利用污泥中的热值，设置消化池对污泥进 行厌氧消化，并利用产生的沼气建立自给能量的发电站，其能源自给率可达到 5 0 以上。但该法存在着投资高、运行管理困难的缺点，且我国污泥中的有机物 东华大学博士论文印染废水生物处理中剩余污泥减量化技术研究 含量相对较低，所以其应用还有待于进一步研究。污泥焚烧是一种可靠而有效的 剩余污泥处置方法，其优势在于可以迅速和较大程度地减少污泥体积，有效解决 其他方法中污泥要占用大量空间的缺陷，这对于日益紧张的土地资源