环境工程毕业论文 聚硅酸铝铁PSAF处理印染废水实验研究.docx

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环境工程毕业论文聚硅酸铝铁PSAF处理印染废水实验研究

毕业设计（论文）

聚硅酸铝铁（PSAF）处理印染废水

实验研究

学院：

化工与材料学院

专业：

姓名：

指导老师：

环境工程

学号：

职称：

二○一一年五月

Xx学院毕业论文

诚信承诺书

本人郑重承诺：

我所呈交的毕业论文《聚硅酸铝铁（PSAF）处理印染废水实验研究》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，论文使用的数据真实可靠。

承诺人签名：

日期：

年月日

聚硅酸铝铁（PSAF）处理印染废水实验研究

摘要

印染废水的治理是我国现行工业废水治理领域的几大难题之一。

本文以聚硅酸铝铁（PSAF）为混凝剂，通过实验找出影响混凝效果的主要因素，研究了聚硅酸铝铁处理印染废水的最佳工艺条件，如聚硅酸铝铁投加量、Al/Fe摩尔比及废水酸度。

实验结果表明，水样的pH为7.0，聚硅酸铝铁Al/Fe摩尔比为3/1，质量浓度为64mg/L时，脱色率可达79.70%，SS的去除率为83.2%，CODCr去除率为73.3%；与传统的聚合氯化铝（PAC）和聚合硫酸铁（PFS）相比，聚硅酸铝铁的除浊、脱色等效果均好于聚合氯化铝和聚合硫酸铁，其污泥沉降体积最小，沉降时间最短，处理废水后水中残余量低，处理费用低等特点。

关键词：

聚硅酸铝铁（PSAF）印染废水脱色率

StudiesonTreatmentofDyeingWastewaterwith

PolysilicAluminiumFerricFlocculants

ABSTEACT

Treatmentofdyeingwastewaterisoneofthefewmajorproblemareasinthecurrentindustrialwastewatertreatment.Throughtheexperimentflocculationeffectaffectingthemainfactors,dyeingtreatmentbyusingpolysilicatealuminumferric（PSAF）ascoagulantwasstudied.Theoptimaltreatmentconditionswiththecombinedcoagulantsystemwereinvestigated,suchascoagulantdosage,Al/Femoleratio,acidityofwastewater.Experimentalresultsshowthattheoptimalparameterswerepolysilicatealuminumferric:

thebestpHwas7.0,Al/Femoleratiowas3/1,dosageof64mg/L,thebestremovalofdecolorizationrate,SSandCODCrwas79.70%,83.20%and73.30%.Incomparisonwiththeconventionalcoagulants,suchasPAC（polyaluminiumchloride）andPFS（polyferricsulfate）,thecoagulationperformanceofPSAFischaracterizedbyhighersettlementrate,smallersludgevolume,lowerremainsofpollutantsinthetreaterdyeingeffluentandlowercostoftreatment.

Keywords:

polysilicate-aluminum-ferricdyeingwastewaterdecolorizationrate

1概述

1.1我国的水资源现状

中国是一个干旱缺水严重的国家。

淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1／4、美国的1／5，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。

扣除难以利用的洪水径流和散布在偏远地区的地下水资源后，我国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为11000亿立方米左右，人均可利用水资源量约为900立方米，并且其分布极不均衡。

到20世纪末，全国600多座城市中，已有400多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达110个，全国城市缺水总量为60亿立方米。

我国水资源短缺、水污染严重、水土流失严重、水价严重偏低、水资源浪费严重。

而且南方水多，北方水少。

西部水少，沿海水多。

据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年加重的趋势。

日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。

随着城市化和经济社会发展，土地被大量占用，非农业灌溉用水需求在急剧增加，农业与工业、农村与城市、生产与生活、生产与生态等诸多用水矛盾进一步加剧。

尽管中国采取了最严格的耕地保护措施，但大量的农田和农业灌溉水源被城市和工业占用，耕地资源减少的势头难以逆转，水资源短缺的压力进一步增大。

国家水利部预测，到2030年中国人口将达到16亿，届时人均水资源量仅有1750立方米。

在充分考虑节水情况下，预计用水总量为7000亿至8000亿立方米，要求供水能力比现在增长1300亿至2300亿立方米，全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限，水资源开发难度极大。

水危机将成为21世纪影响我国经济可持续增长的第一制约因素。

随着工业技术的飞速发展和生产规模的不断扩大，国内外的工业废水量日益增多。

我国是纺织印染业第一大国，据统计，2007年我国印染布产量达660亿m，占世界总量的30%以上，印染废水排放总量则位居全国工业部门第五位，占纺织工业废水排放量的80%，而且CODCr排放量位居第六[1]。

随着纺织品的产量和质量的大幅度提高，其中以染料的污染最为严重，即使水体中的染料只有极低的浓度，也会造成人类视觉的不适和美学损害，影响收纳水体的正常功能，妨碍水体自净，对水生微生物和鱼类有毒害作用，人体接触染料废水，可能引起皮肤过敏、发炎、致癌[2]。

染料正朝着抗光解、抗氧化和抗生物降解的方向发展，加重了印染废水处理的难度。

因此，如何使印染废水脱色成为当前待处理的重要问题，脱色方法的研究也成为印染废水处理的重要课题。

1.2印染废水来源、水质及水量

1.2.1印染废水的来源

我国日排放印染废水量为（300～400）×104t，是各行业中的排污大户之一。

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。

1.2.2印染废水的水质及水量

印染废水的水质随采用的纤维种类和加工工艺的不同而异，污染物组分差异很大。

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。

一般印染废水pH值为6-10，CODCr为400-1000mg/L，BOD5为100-400mg/L，SS为100-200mg/L，色度为100-400倍。

但当印染工艺、采用的纤维种类和加工工艺变化后，废水水质将有较大变化。

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，其CODCr浓度也由原来的数百mg/L上升到2000-3000mg/L以上，BOD5增大到800mg/L以上，pH值达11.5-12，从而使原有的生物处理系统CODCr去除率从70%下降到50%左右，甚至更低。

印染各工序的排水情况一般是：

（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。

（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。

1.3印染废水的特点和危害

1.3.1废水的特点

1）水量大。

2）浓度高。

大部分废水呈碱性，COD较高，色泽深。

3）水质波动大。

印染厂的生产工艺和所用染化料，随纺织品种类和管理水平的不同而异。

而对于每个工厂，其产品都在不断变化，因此，废水的污染物成分浓度的变化与波动十分频繁。

4）以有机物污染为主。

除酸、碱外，废水中的大部分污染物是天然或合成有机物。

5）处理难度较大。

染料品种的变化以及化学浆料的大量使用，使废水含难生物降解的有机物，可生化性差。

因此，印染废水是较难处理的工业废水之一。

6）部分废水含有毒有害物质。

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

印染废水含大量的有机污染物，排入水体将消耗溶解氧，破坏水生态平衡，危及鱼类和其它水生生物的生存。

沉于水底的有机物，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。

印染废水大部分偏碱性，进入农田，会使土地盐碱化；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及研究进展

1.4.1印染废水的处理方法

染料和印染工业废水种类多、组成复杂，不同水质需要不同的方法处理，目前国内外处理印染废水的方法有物理处理法，化学处理法和生物处理法[3]。

1.物理处理法

（1）吸附法

在物理处理法中应用最多的是吸附法。

它特别适合低浓度印染废水的深度处理，具有投资小、方法简便、成本低的特点。

适合中小型印染厂废水的处理。

吸附法是依靠吸附剂的吸附作用来脱除染料分子，处理后出水水质好，无二次污染。

通常采用的吸附剂有：

活性剂、离子交换纤维、各种天然矿物（硅藻土，膨润土）等。

这种方法是将活性炭、粘土等多孔物质的粉或颗粒与废水混合，或是让废水通过由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出去。

该法适用于分子量不超过400的水溶性有机物脱色且非常有效，但它不能去除水中的胶体和疏水性染料，且再生费用高。

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。

另外，去除水中溶解性有机物也非常有效。

当前，研究的重点主要在开发新的吸附剂以及对传统的吸附剂进行改良方面。

胡文伟等[4]研究了用“流炭法”处理印染废水；Ramakrishna等[5]研究了有机膨润土和泥煤对染料的脱色作用，效果显著。

王湖坤等[6]研究了吸附—氧化联合法处理印染废水，其效果比单独用活性炭处理好。

刘旭东等研究了粉煤灰处理印染废水，效果显著。

郭向利等以粘土矿物质为原料合成了一种新型高效印染废水脱色材料，废水脱色率达到95%以上。

SaitoT[7]等人的研究表明，活性炭的吸附率、BOD去除率、CODcr去除率分别达93%、92%和63%，活性炭吸附能力可达到500mgCODcr/g炭，污水如先曝气，则会加快吸附速率。

但若废水BOD＞200mg/L，则采用这种方法是不经济的。

吸附处理使用的吸附剂多种多样，工程中需考虑吸附剂对染料的选择性，应根据废水水质来选择吸附剂。

研究表明，在pH＝12的印染废水中，用硅聚物（甲基氧）作吸附剂，阴离子染料去除率可达95%~100%。

高岭土也是一种吸附剂，研究表明经长链有机阳离子处理，高岭土能有效地吸附废水中的黄色直接染料。

此外，国内也应用活性硅藻土和煤渣处理传统印染工艺废水，费用较低，脱色效果较好，其缺点是泥渣产生量大，且进一步处理难度大。

（2）膜分离法

膜分离技术是近几十年发展起来的新技术，它是利用特殊制造的多孔材料的拦截能力，主要以浓度梯度、电势梯度及压力梯度作为推动力，通过膜对混合物中各组分选择渗透作用的差异进行分离、提纯的富集方法。

膜分离技术主要有微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）等。

它具有无二次污染，能耗低，可循环使用废水，可直接回用等特点。

1983年Tinghuis[8]报道了用反渗透技术对13种酸性、碱性染料溶液的分离结果。

1982年中国科学院环境化学研究所与北京光华染织厂合作进行了超滤法处理还原染料废水的研究试[9]，脱色率一般在95%～98%，COD去除率在60%～90%，染料回收率大于95%。

王振余等[10]对多孔炭膜处理染料水溶液进行了研究，结果发现，炭膜将染料与水有效分离，其截留率为95%～99%，水的渗透速率介于65～200L/（m2.h.MPa）之间。

刘梅红等[11]采用醋酸纤维素纳滤膜，对染料厂提供的高盐度、高色度、高CODcr的染料废水进行了试验研究，结果表明，纳滤膜技术能有效截留废水中的染料和有机物，而废水的无机物则几乎100%透过，膜对废水的色度和CODcr的去除效果较好。

可见，膜技术可有效实现对高盐度、高色度、高CODcr的染料废水的处理。

QinJian-jun[12]等运用纳米膜处理印染废水，谭聊的去除率达99.1%，且70%的印染废水可以得到回用。

当前关于膜分离技术的研究主要集中在与其他处理技术的结合方面，形成废水深度处理以及回收利用极有前途的物理化学处理新技术。

RenataZylla[13]等运用膜技术—生物技术处理活性低温染料印染废水，先运用纳米膜处理废水，色度和CODcr降低90%以上，然后通过厌氧生物降解处理，CODcr的去除率平均达到50%，并且处理的水可以用来进行重复染色。

（3）超声波技术

该方法的原理是废水经调节池加入选定的絮凝剂后进入气波振室，在额定的振荡频率的振荡下，废水中的一部分有机物被断键成为小分子，在加速水分子的热运动下，絮凝剂迅速絮凝，废水中色度，CODcr、苯胺浓度等随之下降，起到降低废水中有机物浓度的作用。

目前，超声波技术在水处理上的研究已取得较大的成果，但绝大部分的研究都还局限于实验室水平上。

（4）.磁分离法

磁分离法是将水体中的微粒先行磁化再分离。

作为一种水处理新技术，现在可供工业使用的磁化技术主要有磁性团聚法、铁盐共沉淀法、铁粉法、铁氧体法。

国外高梯度磁分离技术已从实验室走向应用，高梯度HGMS磁滤器的工作核心为导磁不锈钢毛和电磁不锈钢多孔板。

HGMS采用过滤一反冲洗工作方式，是分离<501um铁磁性物质的先进技术，具有过滤快（100～500m/h），占地少（为沉淀法的1/10-1/20）的特点。

（5）.高能物理法

高能物理法是一种新的水处理技术，当高能粒子束轰击水溶液时，水分子发生激发和电离，生成离子、激发分子、次级电子，这些辐射产物在向周围介质扩散前会相互作用产生反应能力极强的物质HO·自由基和H原子，与有机物质发生作用而使其分解。

高能物理法处理印染废水的特点是设备占地小、有机物去除率高、操作简便、但是用来产生高能粒子的装置昂贵、技术要求高、能耗大。

若要真正投入实际运行，还需进行大量的研究工作。

2.化学处理法

（1）混凝法

混凝法是以胶体化学为基础的去除水中污染物的方法。

因其投资费用低、设备占地少、处理量大、脱色高而被普遍采用。

混凝的机理是在废水中加入电解质，改变胶体离子的表面电势，或改变介质中电解质的浓度与价态，以影响胶体间的排斥位能、压缩双电层，增加颗粒间的吸引力，使颗粒聚集而沉降、由于胶体溶剂对高分子物质具有强烈的吸附作用，高分子两端通过静电引力、范德华力、氢键、配位键等，共同将吸附胶体粒子，结合成絮状体，使颗粒聚集而沉降。

常用的混凝剂主要有无机混凝剂，有机混凝剂，生物混凝剂以及复合型混凝剂。

无机混凝剂主要以铁系、铝系和镁系为代表。

（2）.化学氧化法

化学氧化法是目前印染废水脱色较为成熟的方法，利用各种氧化剂，把染料基因的不饱和键断开，形成分子质量较小的有机物或无机物，从而使染料失去发色能力。

氧化剂一般采用Fenton试剂、臭氧、氯气、次氯酸钠等、按氧化剂和氧化条件的不同，可将化学氧化法分为臭氧氧化法和Fenton试剂氧化法。

臭氧氧化法不产生污泥和二次污染，而且臭氧发生器简单紧凑、占地少，容易实现自动化控制，处理成本高，不适合大流量废水的处理，且CODcr去除率低。

通常很少采用单一的臭氧法处理印染废水，而是将它与生物法、混凝法等其他方法相结合，彼此互补以求达到最佳的废水处理效果。

赵伟荣等[14]研究了臭氧生化组合处理印染废水的工艺，生化—物化—O3法处理出水的色度指标可完全满足《纺织染整工业水污染物排放标准》的一级排放要求。

此种方法不仅可以提高出水水质，而且可以降低臭氧消耗量。

Fenton试剂氧化处理印染废水，就是利用羟基自由基超强氧化性与有机物发生反应，实现其对难以降解物质的深度氧化。

Fenton试剂通过催化分解产生羟基自由基进攻有机物分子，并使其氧化为CO2、H2O等无机物质。

传统Fenton试剂氧化法反应条件温和、设备简单、适用范围广，但是氧化能力相对较弱。

刘诗燕等[15]用Fenton试剂对鲜红印染废水的处理进行了实验研究。

当印染废水的浓度是20mg/L时，最佳处理条件为：

温度为50℃，pH等于4.5，时间为20min,加药摩尔比（FeSO4：

H2O2）为1:

3.1，鲜红印染废水的脱色率为97.7%。

随着人们对Fenton法研究的深入，近年来又把紫外光（UV）、草酸盐等引入Fenton法的氧化能力大大增强。

（3）电化学法

电化学法处理印染废水的机理是利用电解氧化、电解还原、电解絮凝或电解上浮等作用破环分子的结构或存在状态而脱色。

具有设备小、占地少、运行管理简单、CODcr去除率高和脱色好等优点，但是沉淀生成量及电极材料消耗量较大，运行费用较高。

传统的电化学法可分为电絮凝法、电气浮法、电氧化法以及微电解法、电解内法等。

随着电化学技术的发展，各种高效率反应器的出现会使处理成本大幅下降，电催化高级氧化技术（AEOP）是最近发展起来的新型高级氧化技术，因其处理效率高，操作简便，与环境友好等优点引起了研究者的注意。

在常温常压下，它能通过有催化活性的电极反应直接或间接产生羟基自由基，从而有效地降解生化处理的污染物。

国外许多研究者从研制高电催化活性电极材料着手，对有机物电催化影响因素氧化机理进行了较系统的理论研究和初步的应用研究。

YaXiong等设计了一种三相三维电极电化学反应器。

而国内在这一领域的研究才刚刚起步。

（4）光化学氧化法

光化学氧化法有光分解、光敏化氧化、光激发氧化和光催化氧化4种，目前研究和应用较多的是光催化氧化法。

该方法是利用一种氧化物半导体发光激发产生电子/空穴对，空穴与H2O作用形成羟基自由基，从而氧化有色污染物。

该技术能有效地破坏许多结构稳定的有机污染物，几乎所有的有机物在光催化作用下可以完全氧化为CO2、H2O等简单无机物，具有节能高效、污染物降解彻底等优点。

但光催化氧化方法对高浓度废水处理效果不太理想。

目前关于光催化氧化降解染料的研究主要集中在对光催化剂的研究上，其中TiO2化学性质稳定、难溶、无毒、成本低，是理想的光催化剂。

近年来，TiO2催化剂的掺杂化、改性化成为研究的热点。

孙剑辉等[16]用掺杂纳米TiO2对难降解废水的处理进行了研究。

认为掺杂纳米TiO2可以大大提高TiO2的光催化性能。

孙柳等[17]研究了镧掺杂TiO2光催化降解酸性红B性能，降解率可达92.9%。

3.生物处理法

（1）好氧处理法

好氧生物处理是一种在有氧条件下，以好氧微生物为主，使有机物降解的一种方法，又分为活性污泥法和生物膜法。

活性污泥既能分解大量的有机物质，又能去除部分色度，还可以微调pH，运转效率高且费用低，出水水质较好，适合处理有机物含量较高的印染废水；生物膜法对印染废水的脱色作用较活性污泥法高。

好氧生物处理对BOD5去除效果明显，一般可达80%左右，但色度和CODcr去除率不高。

（2）厌氧处理法

厌氧法是指在无氧条件下，以厌氧微生物为主对有机物进行降解的一种方法。

厌氧生物处理的目的主要不是降低CODcr，而是降低可生化性（B/C）。

李亚新等[18]设计的厌氧生物滤池实验取得了较好的效果，色度去除率为60%~84%，CODcr去除率达70%~86%，且出水水质稳定。

（3）厌氧—好氧处理法

单一的好氧生物处理法只能去除废水中部分易降解的有机物，而无法解决色度问题。

为了降低消耗及去除废水中较难降解的有机污染物，开发出了厌氧—好氧新型处理工艺：

先由厌氧过程中的产酸阶段，去除部分较易降解的有机污染物，将较难降解的大分子有机物分解为较简单的小分子有机物，再通过好氧生物处理过程进一步去除。

厌氧—好氧法具有除污染效率高、运行稳定和较强的耐冲击负荷能力等特点，相对于其他生物法具有明显优势。

尤隽等[19]研究了厌氧—缺氧—好氧工艺处理印染废水，处理结果也达到工业水污染物排放一级标准。

1.4.2研究进展

印染废水作为高浓度有机废水，具有组成复杂、COD浓度高、色度深等特点。

长期以来都是污水治理方面的难点。

以上叙述的处理方法较成熟，不过最近兴起的高分子无机絮凝剂被广泛应用于印染废水中。

因此，研究高分子无机絮凝剂有很重要的意义，具有社会效益和环境效益。

从我国的实际情况和长期的生产实践证明，混凝法具有投资少。

方法简便易行。

处理效果好。

成本低廉等优点，从而被广发应用。

但是，如何根据具体情况选用高效而廉价的混凝剂，并对影响混凝效果的主要因素加以研究，使