毕业论文-印染废水的深度处理与回用的关键技术研究

毕业论文作者学号院系化学工程学院专业生物091题目印染废水的深度处理与回用的关键技术研究指导者副教授评阅者2013年6月吉林摘要印染行业是工业废水排放大户，每年产生大量印染废水，占总工业废水排放量的35，且废水中含有大量染料、浆料、表面活性剂、碱剂等复杂成分，具有机物浓度高、成分复杂、可生化性较差、色度深、碱性大、PH高、水质变化大等特点。本实验采用序批式活性污泥法（SBR），以模拟污水为处理对象，研究同步硝化反硝化脱氮工艺及各主要影响因素，确定实现同步硝化反硝化脱氮的最佳工况。该实验结果表明，通过控制不同粉煤灰的量，来达到废水的脱色效果。在稳定运行期间，模拟废水浓度为2060MG/L，温度为36，氨氮去除率可达到80，最终确定的最佳运行方式瞬间进水曝气6（H）缺氧搅拌3（H）沉降29（H），周期为12（H）。关键词SBR工艺，印染废水，脱氮，同步硝化反硝化ABSTRACTEMITTERSISINDUSTRIALWASTEWATER，PRINTINGANDDYEINGINDUSTRYEACHYEARALARGENUMBEROFPRINTINGANDDYEINGWASTEWATER，ACCOUNTEDFOR35OFTOTALEMISSIONSOFINDUSTRIALWASTEWATER，ANDWASTEWATERCONTAINSALARGENUMBEROFDYE，SIZINGAGENT，SURFACTANT，ALKALIAGENTSUCHASCOMPLEXINGREDIENTS，HIGHCONCENTRATIONSOFORGANICMATTER，COMPLICATEDCOMPOSITION，ANDBIOCHEMICALRESISTANCEISPOORER，DEEPCHROMATICITY，HIGHALKALINITY，PH，WATERQUALITYCHANGEISBIG，INTHISSTUDY，ASEQUENCINGBATCHREACTORACTIVATEDSLUDGEPROCESSSBRWASUSED，TOSIMULATEASEWAGEASPROCESSINGOBJECTMAINLYRESEARCHSIMULTANEOUSNITRIFICATIONANDDENITRIFICATIONPROCESSANDTHEMAINFACTORSTODETERMINETHEBESTCONDITIONSTOACHIEVESIMULTANEOUSNITRIFICATIONANDDENITRIFICATIONWASTEWATERFORM20TO60MG/L，ANDTHETEMPERATUREIS36，THEAMMONIAREMOVALEFFICIENCYCANREACH80ANDTHETOTALNITROGENREMOVALRATEOF57ULTIMATELYDETERMINETHEBESTOPERATINGMODEMOMENMTINTOWATERAERATION6HANAEROBICSTIR3HPRECIPITATION29H，12（H）CYCLEKEYWORDSSBRPROCESS,SIMULATEDWASTEWATER,NITROGENREMOVALSIMULTANEOUSNITRIFICATIONANDDENITRIFICATION目录摘要IABSTRACTII目录III第1章绪论111课题研究背景1111国内外处理印染废水的现状1112印染废水的组成及特点1112印染废水处理1113处理印染废水的方法和特点2114印染废水的危害3115处理印染废水的介质312生物脱氮的机理4121氨化反应4122硝化反应4123反硝化作用413同步硝化反硝化脱氮技术5131同步硝化反硝化5132同步硝化反硝化作用机理5133同步硝化反硝化优点5134同步硝化反硝化影响因素614SBR工艺8141SBR工艺概述与发展8142SBR工艺特点815课题研究内容与目的9151课题研究目的和意义9152课题研究内容10第2章实验材料和方法1121实验材料11211实验用水和原料11212实验装置11213仪器设备1222实验指标测试方法13221模拟废水最大波长的确定13222NH4N的测定13223NO2N的测定13224NO3N的测定14225COD的测定1423SBR运行方式1624实验运行方式16241污泥驯化过程16242确定最适壳聚糖、粉煤灰的量16243粉煤灰改性1725技术路线18第3章结果与讨论1931污泥的培养与驯化19311活性污泥驯化过程中氨氮变化19312活性污泥驯化过程中氨氮、硝氮的浓度20313活性污泥驯化过程中总氮变化21314活性污泥驯化过程中COD浓度的变化22315污泥驯化结束后PH对同步硝化反硝化脱氮效果的影响2232壳聚糖对模拟废水的处理研究23321壳聚糖的量对模拟废水的影响24322最适壳聚糖的量处理废水的氨氮浓度24323最适壳聚糖的量处理废水的COD浓度2533粉煤灰对模拟废水的处理研究25331不同粉煤灰添加量下脱色率的确定26332最适粉煤灰的量处理废水的氨氮浓度2734粉煤灰的改性27341粉煤灰改性后最适的PH值28342粉煤灰改性后处理废水的氨氮浓度2835粉煤灰投加到SBR29351粉煤灰投加到SBR中氨氮的浓度29352粉煤灰投加到SBR中氨氮、硝氮的浓度30353粉煤灰投加到SBR中总氮的变化31354粉煤灰投加到SBR中COD的变化3236最佳工艺条件的确定32结论33参考文献34致谢37第1章绪论11课题研究背景111国内外处理印染废水的现状在国内，一直以来由于印染废水本身难处理的特性，人们对印染废水深度处理回用方面没有引起足够的重视。加入后，随着我国纺织印染行业的势头逐步看好，纺织印染行业用水的需求量不断增大，而供给量却相对减少；随着排放标准的日趋严格和水费的不断上涨，人们将目光投向印染废水深度处理和回用上。由于印染工艺本身的复杂性和工艺用水水质要求的差异，目前国家对印染废水的回用水质标准还没有统一的数据。近年来人们对印染废水深度处理的工艺从技术和经济的可行性上都进行了大量探索、分析和实践，取得了可喜的环境效益和经济效益1。在国外，由于外国的先进的技术，目前的水平已经可以对一些复杂的印染废水进行深度的处理，并且进行回用，其发展前景是相当可观的。112印染废水的组成及特点本工程污水主要的污染物来自印染时对纺织材料进行再加工的过程，包括预处理、染色、印花和整理等4个过程。4个工序都排出废水，主要包括（1）染色废水水量较高，水质因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。（2）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。（3）漂洗废水水量大，但污染较轻，其中含有残余的漂白剂、少量醋酸、硫代硫化钠等。（4）蒸干废水水量大，BOD、COD均较高。（5）冲洗设备及场地废水水量大，但污染较轻。112印染废水处理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。上世纪80年代以前，我国印染废水的可生化性较高,CODCR常在800MG/L以下,采用传统的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,虽然后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,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2。113处理印染废水的方法和特点（1）吸附法活性炭对染料的吸附具有选择性，能有效去除废水中的活性染料、碱性染料、偶氮染料等水溶性染料，但不能吸附悬浮固体和不溶性染料；而且，活性炭再生费用昂贵，所以活性炭不能直接用于原始印染废水的处理，一般用于量少浓度较低的染料废水处理或深度处理。（2）膜分离法膜分离法是一种新型分离技术，具有分离效率高，能耗低，工艺简单，操作方便，无污染等优点。但由于该技术需要专用设备，投资高，且膜有易结垢堵塞等缺点，目前还未能推广。（3）生物处理方法生物处理是利用微生物的生物化学作用来降解有机物，目前国内外对印染废水的处理仍以生物处理为主，其中以活性污泥法最为普遍，但生物法对色度去除率不高，一般在50左右3。4离子交换法一种羟基丙基纤维素具有比纤维素本身对活性染料、直接染料、络合还原染料更大的亲和力，对除碱性染料外的其它染料废水的脱色效果优于活性炭。但一般离子交换法仅对某些染料具有吸附作用，不适合大规模推广使用。5氧化还原法于处理印染废水，不仅成本低廉、操作简单、而且能够获得以废治废的效果。主要缺点是还原降解后生成的简单分子具有毒性，必须经过二次处理，费用增大。还有很多的方法可以进行印染废水的处理，电化学法，光化学氧化法，超声波技术，高能物理法等。对于不同的方法各有其优缺点，本实验采用序批式活性污泥法（SBR）。114印染废水的危害印染废水中的有害成分很多。其中危害最大的是氮元素。氨氮会消耗水体中的溶解氧，如果排放的废水中含有过多的氨氮，则会导致水体中溶解氧含量迅速下降，影响水质并且会威胁水体中鱼类的生存。废水中的氮会促进水生植物的生长，许多藻类过度繁殖，使得水体变臭，溶解氧降低，影响水中生物的生存。氮元素会转变成硝酸盐以及亚硝酸盐，这会对人类有致癌作用。所以，我们要有效的处理印染废水，保证我们有一个舒适，安全的环境。115处理印染废水的介质处理印染废水的介质有，壳聚糖，粉煤灰，活性炭。自然界每年生物合成甲壳素可达十亿吨之多,壳聚糖作为絮凝剂分子,结构中含有大量的自由氨基和经基,不但有高效絮凝的作用,而且无毒性,具有良好的生物相容性、生物可降解性、抗菌性等优点,使它在作为吸附剂使用时具有一定的优越性，另外,由于壳聚糖特殊的结构,其对金属离子也有很好的吸附作用。早在1995年，我国粉煤灰累计库存量就很大，现在我国粉煤灰的量居世界之首，其中，只有少部分得到综合利用。大量未得到利用的粉煤灰对环境造成了许多不良影响。粉煤灰是一种松散固体集合物，是由SI、AL、CA、FE、C等元素的氧化物和一些微量元素、稀有元素组成的海绵状和空心球状的细小颗粒，具有很大的比表面积，所以粉煤灰具有脱色的效果。12生物脱氮的机理印染废水中氮元素主要以有机氮和氨氮两种形式存在，一般只含有少量或者不含亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。污水处理中的脱氮是由氨化、硝化和反硝化三个步骤完成的。121氨化反应有机氮化合物在氨化细菌的作用下，分解转化为氨氮的过程被称为氨化作用。污水中的有机氮化合物主要以蛋白质和氨基酸的形式存在，蛋白质在蛋白质水解酶的催化作用下水解为氨基酸，而氨基酸在脱氨基酶作用下转化为氨氮。以氨基酸为例，其反应式如下RCHNH2COOHO2氨化细菌RCOOHCO2NH3122硝化反应硝化反应是指硝化细菌在好氧条件下，将氨氮氧化成硝酸盐氮的过程。此过程分为两个阶段进行。第一阶段，在亚硝酸菌的作用下，将氨氮转化为亚硝酸盐氮；第二阶段，亚硝酸盐氮在硝酸菌的作用下，进一步被转化为硝酸盐。反应是如下所示2NH43O2亚硝酸菌2NO22H2O4H2NO2O2硝酸菌2NO3123反硝化作用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NO23H电子供体有机物反硝化菌1/2N2H2OOHNO35H电子供体有机物反硝化菌1/2N22H2OOH13同步硝化反硝化脱氮技术131同步硝化反硝化近几年来国内外有研究和报导同步硝化反硝化SIMULTANEOUSNITRIFICATIONANDDENITRIFICATION，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。132同步硝化反硝化作用机理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。133同步硝化反硝化优点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。134同步硝化反硝化影响因素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6C/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34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CNP的最佳范围为6014051时，使得氨氮的降解率在995以上的有机碳源浓度区间是400MG/L1000MG/L。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密实，还为SND创造了一定的缺氧微环境8。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2H时分别投加；进水、运行至15H及3H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132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05MG/L左右时，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。4PH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8084之间。与此同时，对反硝化反应最适宜的PH值是6575，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75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。14SBR工艺141SBR工艺概述与发展SBR是序列间歇式活性污泥法（SEQUENCINGBATCHREACTOR）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RIRVINE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。142SBR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。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。15课题研究内容与目的151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。152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。第2章实验材料和方法21实验材料211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CODMG/L2079NH4NMG/L255DOMG/L318325212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18L。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。图21SBR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213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型号电子天平FA1004N电子天平恒温干燥箱GZX9070ME数显鼓风干燥箱紫外分光光度计UV7504单光束紫外可见分光光度计可见光分光光度计721可见分光光度计搅拌器JJ1精密增力电动搅拌器搅拌装置曝气装置污泥水浴锅恒温水浴锅HH1数显恒温水浴锅PH测定仪PHS3C型精密PH计曝气泵HX8800曝气泵电加热器DLI15台式封闭电炉实验过程中的玻璃仪器50ML比色管10支，25ML比色管5支，2CM1CM宽比色皿2个，1CM1CM窄比色皿2个，1CM1CM石英皿2个，漏斗2个，250ML烧杯3个，250ML磨口锥形瓶3个，250ML锥形瓶3个，100ML容量瓶4个，1000ML容量瓶5个，试剂瓶6个，棕色试剂瓶3个，玻璃棒1个。22实验指标测试方法221模拟废水最大波长的确定称取05G刚果红染料放入500ML容量瓶中，用自来水溶解稀释至刻度线配制浓度为1G/L的模拟染料废水，然后根据需要进行稀释，配制成五种不同浓度的刚果红溶液，采用可见分光光度计测定不同浓度的刚果红溶液在不同波长下的吸光度。测定不同浓度在不同波长下的吸光度，找出最大吸收波长。222NH4N的测定1ML水样稀释至50ML1ML纳氏试剂有NH4N加入后呈颜色，10MIN之后，在425NM检测。原理HGI2和KI的碱性溶液与NH3反应淡红棕色胶态化合物，此颜色在较宽的皿内强烈吸收。150酒石酸钠钾溶液称取50G酒石酸钠钾（KNAC4H4O64H2O）溶于100ML去离子水中，加热煮沸除去NH3冷却，定容至100ML。2纳氏试剂称取16GNAOH溶于50ML去离子水中，冷却；先称7GKI溶于50ML去离子水中，在称10GHGI2，溶于上述KI溶液中；将溶液在搅拌条件下缓慢注入溶液中，标定至100ML，贮存在塑料瓶中避光，纳氏试剂可用12周。223NO2N的测定1ML水样稀释至50ML1ML对氨基苯磺酸（反应28MIN）1ML醋酸钠1ML盐酸A萘胺溶液30MIN后在520NM波长检测1对氨基苯磺酸溶液称06G对氨基苯磺酸溶于80ML热水中，冷却后加入20ML浓盐酸，标定至100ML。2CH3COONA溶液称取164GCH3COONA溶于去离子水中，标定至100ML。3盐酸A萘胺溶液称取06G（盐酸）A萘胺1萘胺溶于1ML浓盐酸水中，稀释至100ML溶液若混浊，则应过滤储存于棕色试剂瓶中，低温贮存224NO3N的测定1ML水样1ML1MOLL盐酸稀释至50ML紫外检测220NM2275NM石英皿1MOLL盐酸的配置37浓盐酸C117118MOLL取1ML37浓盐酸则117511VH2OVH2O1175ML所以VHCL851ML每100ML1MOLLHCL225COD的测定1高锰酸钾法仪器与试剂A酸式滴定管50ML；锥形瓶250MLB高锰酸钾溶液（15KMNO401MOL/L）称取32GKMNO4溶于12L蒸馏水中煮沸，使体积减少至1L左右，放置过夜。用G3号玻璃纱芯漏斗过滤后，滤液贮于棕色瓶中，避光保存。C高锰酸钾溶液（15KMNO4001MOLL）吸取100ML01MOLLKMNO4溶液于1000ML容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀贮于棕色瓶中，避光保存。此溶液约为001MOLL，使用当天应标定其准确浓度。D草酸钠标准溶液（12NA2C2O401000MOLL）称取06705G在105110烘干1H并冷却的草酸钠溶于水，移入1000ML容量瓶中，用水稀释至刻度。E草酸钠标准溶液（12NA2C2O400100MOLL）吸取1000ML上述草酸钠溶液，移入100ML容量瓶中，用水稀释至刻度。F（13）硫酸实验步骤A取样清洁透明水样取样100ML，浑浊水取1025ML，加蒸馏水稀释至100ML，将水样放入250ML锥形瓶中，共3份。B加入5ML（13）H2SO4，用滴定管准确加入10ML001MOLLKMNO4溶液（V1）并投入几粒玻璃珠，加热至沸腾，从此时准确煮沸10MIN。若溶液红色消失，说明水中有机物含量太多，则另取较少量水样用蒸馏水稀释23倍（至总体积100ML）再按12重做。C煮沸10MIN后趁热用吸量管准确加入1000ML00100MOLL草酸钠溶液（V2），摇动均匀，立即用001MOLLKMNO4溶液滴定至显微红色。记录消耗KMNO4溶液的量（V1）C1V1V2C2V281000V水C1KMNO4标准溶液浓度001MOL/LC2NA2C2O4标准溶液浓度（12NA2C2O400100MOLL）KMNO4溶液的标定将50ML蒸馏水和5ML（13）H2SO4依次加入250ML锥形瓶中，然后用移液管加1000ML00100MOLLNA2C2O4标准溶液，加热至7085，用001MOL/LKMNO4溶液滴定至溶液由无色至刚刚出现浅红色为滴定终点。记录001MOL/LKMNO4溶液用量。共做三分，并计算KMNO4标准溶液的准确浓度。2重铬酸钾法高锰酸钾指数（O2MGL）用025MG/L浓度重铬酸钾溶液可测定大于50MG/L的COD值，未经稀释水样的测定上限是700MG/L。用0025MOL/L浓度的重铬酸钾溶液可测定550MG/L的COD值，但低于10MG/L时测量准确度较差。重铬酸钾标准溶液（1/6K2CRO7025MOL/L）称取预先在120烘干2H的基准或优级纯重铬酸钾12258G，溶于水中，移入1000ML容量瓶中稀释至标线，摇匀。硫酸亚铁铵标准溶液（NH4）2FESO426H2O01MOL/L称取395G硫酸亚铁铵溶于水中，边搅拌边缓慢加入20ML浓硫酸，冷却后移入1000ML容量瓶中，加水稀释至标线，摇匀，临用前用重铬酸钾溶液标定。标定方法准确吸取1000ML重铬酸钾标准溶液于500ML锥形瓶中，加水稀释至110ML左右，缓慢加入30ML浓硫酸，混匀，冷却后，加入3滴试亚铁灵指示液（约015ML）用硫酸亚铁铵溶液标定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色，即为终点。试亚铁灵指示液称取1458G邻菲罗啉（C12H8N2H2O）0635G硫酸亚铁（FESO47H20）溶于水中，稀释至100ML，贮于棕色瓶中。硫酸硫酸银溶液于2500ML浓硫酸中加入25G硫酸银，放置两天，不时摇动使其溶解（如无2500ML容器，可在500ML浓硫酸中加入5G银）。硫酸汞结晶或粉末。23SBR运行方式在实验研究过程中SBR反应器采用间歇进水、间歇排水的方式，按照进水好氧曝气厌氧搅拌沉淀排水静置的流程运行，运行周期根据实验所需条件进行设定。每周期开始瞬时加入印染废水1L左右。24实验运行方式241污泥驯化过程1活性污泥驯化阶段污泥为污水处理厂的活性污泥，印染废水为模拟废水。污泥驯化周期为12H2活性污泥形成阶段3活性污泥生长阶段4活性污泥实现同步硝化反硝化泥驯化过程瞬间进水曝气6（H）缺氧搅拌3（H）沉降29（H），周期为12（H）。242确定最适壳聚糖、粉煤灰的量配制模拟废水，在不同浓度废水中，加入不同量的壳聚糖，粉煤灰进行搅拌，搅拌3小时后，测量其澄清液的吸光度。选择最适的量，选择最好的介质。243粉煤灰改性用6MOL/LHCL，H2SO4浸泡24小时，洗涤至中性，过滤，烘干，碾碎，备用。取5G/100ML的改性粉煤灰在不同PH值下侧脱色率。25技术路线活性污泥驯化培养驯化结束后的活性污泥曝气6小时搅拌3小时澄清，吸取上清液测定氨氮、硝氮、亚硝氮COD粉煤灰处理的废水图22技术路线第3章结果与讨论31污泥的培养与驯化本实验所用活性污泥取自吉林市污水处理厂二沉淀池，具有良好的活性，易于驯化。将其加入至SBR反应器中，加生活污水1L，每天进水一次，以不同浓度的进水负荷对污泥进行驯化培养。驯化阶段，通过测定溶解氧保证SBR反应器内溶氧充足，水温保持在36左右，培养时间接近11天左右时，活性污泥基本驯化成熟，可供后期实验使用。311活性污泥驯化过程中氨氮变化005115225335445512345678910111213141516171819时间（D）氨氮浓度（MG/L进水氨氮出水氨氮图31进、出水氨氮浓度随时间变化0102030405060708012345678910111213141516171819时间（D氨氮去除率（）图32氨氮去除率随时间的变化从图31可知，在污泥驯化前期，进水氨氮和出水氨氮的浓度变化幅度很大，但是在污泥驯化成熟时，出水的氨氮浓度变化缓慢，最后趋于平衡。从图32可知，活性污泥驯化前期13天氨氮去除率很低，驯化一段时间约810天后，氨氮去除率逐渐升高，实验过程中会受到其他因素影响，整体来说氨氮去除率一直快速增长最终能达到70。312活性污泥驯化过程中氨氮、硝氮的浓度表31活性污泥驯化过程中氮的浓度时间（D）进水氨氮（MG/L）出水氨氮（MG/L）进水硝氮（MG/L）出水硝氮（MG/L）128309901612623110702108333540290060544369001306853780070200186411017019027741200902106683960080111029378005032104103890260211311425011022031123690210211061338901023098144120040320331535902802607516398012021178417410025021032从表31中可知，污泥驯化前期，出水氨氮和总氮的浓度要比驯化成熟时要小，当污泥驯化结束时，总氮浓度明显要小初始的总氮浓度。313活性污泥驯化过程中总氮变化15182124273333639424512345678910111213141516171819时间（D总氮浓度（MG/L出水总氮进水总氮图33总氮的浓度随时间的变化1839801901008619412015015064010203040506012345678910111213141516171819时间（D总氮的去除率（）图34总氮的去除率随时间的变化如图33所示，在污泥驯化前期，进出水的总氮浓度相差不大，一段时间后，出水总氮的浓度开始下降，在后期，总氮的浓度开始缓慢，最后趋于平衡。那是因为，后期，污泥已经驯化成熟。如图34所示，前期总氮的去除率很低，但是，一段时间后，开始上升，最后趋于平衡。最大的去除率达到51。314活性污泥驯化过程中COD浓度的变化203040506070809012345678910111213141516171819时间（DCOD浓度（MG/L进水COD出水COD图35COD浓度随时间的变化010203040506012345678910111213141516171819时间（DCOD去除率（）图36COD去除率随时间的变化如上图所示，在污泥驯化阶段中，进水COD浓度比出水DO浓度高，实验过程中出水DO浓度基本保持不变，由于其他因素的影响出现拐点但总趋势仍是基本不变。COD的去除率可达到546。315污泥驯化结束后PH对同步硝化反硝化脱氮效果的影响PH值是影响同步硝化反硝化的一个重要因素。硝化菌对PH值的变化十分敏感，对其生长适宜的PH值为8084之间。与此同时，对反硝化反应最适宜的PH值是6575，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75左右。02040608010071721732747447577657881383853891PH氨氮去除率（）图37氨氮去除率随PH的变化从图36中得出，PH为757时NH4去除率达到8013，而当PH低于757时NH4去除率随着PH升高逐渐升高，到757时达到最高；PH高于757时NH4去除率随着PH升高逐渐降低，虽然由于外界因素的影响出现少量的波动，但是整体趋势是不断下降的。32壳聚糖对模拟废水的处理研究表32不同浓度的模拟废水在不同波长下的吸光度废水浓度（MG/L）波长475NM波长480NM波长490NM波长496NM波长498NM波长500NM波长510NM200396041904590467046804670499300601063806630706071207100681400785084409170932093209280889500992104811361156115611511101601204127113611388138513771314从表32中可以看出，用刚果红配制的模拟印染废水在波长为498NM下的吸光度最大。321壳聚糖的量对模拟废水的影响表33不同量的壳聚糖下的吸光度壳聚糖G/100ML废水浓度20MG/L废水浓度30MG/L废水浓度40MG/L废水浓度50MG/L废水浓度60MG/L0102960199202023020380203502014702060272039301089030112401055010180102801072040092800978009870097800992050102501028010380101201032从表33中可知，当壳聚糖的量达到04G/100ML时，废水的吸光度最小，脱色率达到67。但是，壳聚糖比较贵，不经济。322最适壳聚糖的量处理废水的氨氮浓度01234512345678910111213141516171819时间（D氨氮浓度（MG/L进水出水图38壳聚糖处理的氨氮浓度随时间的变化474849505152535412345678910111213141516171819时间（D氨氮去除率（）图39壳聚糖处理的氨氮去除率随时间的变化从上图可以看出壳聚糖处理模拟废水，氨氮的去除率可达到535。323最适壳聚糖的量处理废水的COD浓度02040608010012345678910111213141516171819时间（DCOD浓度（MG/L进水出水图310壳聚糖处理废水的COD浓度随时间的变化3840424446485012345678910111213141516171819时间（DCOD去除率（）图311壳聚糖处理废水COD去除率随时间的变化从上图可知壳聚糖处理废水COD的去除率可达到475。33粉煤灰对模拟废水的处理研究粉煤灰具有脱色效果，由于粉煤灰中含有未燃烧完全的炭粒，可起到活性炭的效果。而且粉煤灰又是在锅炉里燃烧后的废物；如果采用生化处理后的印染废水代替新鲜水作除尘冲灰、冲渣水。不仅可以节省新鲜水用量，还可以延长活性炭的使用寿命，又能使废气、废渣、废水互相处理，达到综合治理的目的。表34不同浓度的模拟废水加入粉煤灰后的吸光度粉煤灰的量（G/100ML）废水浓度20（MG/L废水浓度30（MG/L）废水浓度40（MG/L）废水浓度50（MG/L）废水浓度60（MG/L）002750563071910951487302430514069606450679402250496067405960576502120431059104010508602720459060704180594702800478064205950622802900505068306880707从表34中可以看出不同浓度的模拟废水中加入粉煤灰的量为5G/100ML时吸光度最小。可以确定加入的最适粉煤灰的量为5G/100ML。331不同粉煤灰添加量下脱色率的确定表35模拟废水脱色率随粉煤灰的量的变化粉煤灰的量（G/100ML）废水浓度20（MG/L）废水浓度30（MG/L）废水浓度40（MG/L）废水浓度50（MG/L）废水浓度60（MG/L）3116873241154341821196345661352292341786346586109185156618601718215110745658285510351372525从表35中可以看出，当粉煤灰的量达到5G/100ML、时，模拟废水的脱色率达到658，脱色效果较好。332最适粉煤灰的量处理废水的氨氮浓度01234512345678910111213141516171819时间（D氨氮浓度（MG/L进水出水图312最适粉煤灰的量处理废水的氨氮浓度随时间的变化4647484950515212345678910111213141516171819时间（D氨氮去除率（）图313最适粉煤灰的量处理废水的氨氮去除率随时间的变化从上图可知，当粉煤灰的添加量为5G/100L时，处理后的废水的氨氮去除率达到51。34粉煤灰的改性用6MOL/LHCL，H2SO4浸泡24小时，洗涤至中性，过滤，烘干，碾碎，备用。取5G/100ML的改性粉煤灰在不同PH值下侧脱色率。341粉煤灰改性后最适的PH值0102030405060708090456789101112PH脱色率（）图314粉煤灰改性后的脱色率随PH的变化从图39可知，用HCL改性的粉煤灰，在模拟废水的PH为5时，脱色率达到最大值约为82左右，当PH为8时脱色率有最低值。342粉煤灰改性后处理废水的氨氮浓度01234512345678910111213141516171819时间（D氨氮浓度（MG/L进水出水图315粉煤灰改性后处理废水的氨氮浓度随时间的变化46485052545612345678910111213141516171819时间（D氨氮去除率（）图316粉煤灰改性后处理废水的氨氮去除率随时间的变化从上图可知，粉煤灰经过改性后，废水的氨氮去除率可达到55。35粉煤灰投加到SBR351粉煤灰投加到SBR中氨氮的浓度01234512345678910111213141516171819时间（D氨氮浓度（MG/L进水出水图317粉煤灰头加到SBR中的氨氮浓度随时间的变化020406080100123456789101112131415161718时间（D氨氮去除率（）图318粉煤灰投加到SBR中氨氮去除率随时间的变化将粉煤灰与SBR工艺结合起来，处理印染废水。即先在印染废水中加入粉煤灰搅拌6H，然后澄清，再将澄清液加入SBR系统中进行处理。随着污泥驯化的结束，氨氮的去除率达到80。352粉煤灰投加到SBR中氨氮、硝氮的浓度表36粉煤灰投加到SBR中氨氮、硝氮的浓度时间（D）进水氨氮（MG/L）出水氨氮（MG/L）进水硝氮（MG/L）出水硝氮（MG/L）128321099112311198071335419502908543691801009653781600716367140171147376120091278378110081329378100512103760900911137508501110212376085014091133790820108314386080040831538507500208516373076012079173640720250781836907401907119365073015071353粉煤灰投加到SBR中总氮的变化01234512345678910111213141516171819时间（D总氮浓度（MG/L进水出水图319总氮浓度随时间的变化01020304050607012345678910111213141516171819时间（D总氮的去除率（）图313总氮的去除率随时间的变化从图312中可知，在污泥驯化的前期，总氮的去除率很低，当污泥驯化结束时，总氮的去除率达到了621。354粉煤灰投加到SBR中COD的变化02040608010012345678910111213141516171819时间（DCOD浓度（MG/L进水COD出水COD图320粉煤灰投加到SBR中COD浓度随时间的变化01020304050607012345678910111213141516171819时间（DCOD去除率（）图321粉煤灰投加到SBR中COD去除率随时间的变化从上图可以看出，粉煤灰投加到SBR中，COD的去除率可以达到625。36最佳工艺条件的确定通过实验比较壳聚糖与粉煤灰的脱色效果，考虑到，经济，方便的因素，选择粉煤灰来处理模拟废水，且最