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外文翻譯--采用缺氧折流板反應預處理紡織印染廢水(譯文)-其他專業.doc

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外文翻譯--采用缺氧折流板反應預處理紡織印染廢水(譯文)-其他專業.doc

中文5575字 出處Bioresource technology, 2008, 9916 7886-7891 采用缺氧折流板反應預處理紡織印染廢水 Avishai Sintov ,Tomer Avramovich 2007年11月16日收到初稿;2008年2月15日收到修改稿;2008年2月18日采納,2008年4月2日可在線查閱 摘要 在廢水溫度為5-31.3℃時,使用缺氧折流板反應器(ABR)對紡織印染廢水預處理進行了研究.當水力停留時間(HRT)為8小時,在5℃時ABR流出的顏色只有40倍,并且它可以滿足中國紡織印染行業的專業排放標準(等級1)(GB4287-92)。在5。C、9.7℃、14.9℃、19.7℃、23.5℃和31.1℃時,ABR的總COD的去除率分別為34.6%,47.5%,50.0%,53.3%,54.7%及58.1%。此外,當水力停留時間為6小時和8小時采用ABR預處理廢水后,BOD5/ COD值分別從流入時的0.30上升至流出時的0.46以及從流入時的0.30上升至流出時的0.40。實驗結果表明,在室溫下,ABR是對紡織印染廢水進行預處理和脫色的一個非常可行的工藝。此外,在六種不同的廢水溫度下,ABR中動力學模擬的有機物降解順利完成。動力學分析表明,有機物降解是一級反應。該反應活化能為19.593千焦摩爾KJ/mol,而且它在5-31.1℃時的溫度系數為1.028。 2008艾斯維爾有限公司版權所有。 關鍵詞紡織印染廢水;缺氧折流板反應;水解預處理;降解動力學;溫度系數. 1. 引言 全世界每年用于印染而生產的合成染料超過7105公噸,并且5%-10%是隨廢水排出(維迪亞和黛特,1982;宇等人,2001)。紡織印染廢水中有一些染料,漿料,印染助劑,酸或堿,纖維和無機化合物。而且,一些染料中含有硝基,胺基和重金屬,如銅,鉻,鋅和砷等。此外,由于不同的染料種類,不同的染色過程,不同的染料濃度和不同的設備規模,這些組分將會發生改變(迪利等,1998)。一般來說,紡織印染廢水的特點是顏色深,pH高,COD高,生物降解性低(拉庫等,1997)。因此,來自紡織工業的紡織印染廢水是環境污染的一個重要來源(喬等,2007)。由于該污水具有穩定性和微生物難降解性,僅使用簡單的生物處理工藝很難達到排放標準,然而利用物理化學處理工藝則需要較高的操作費用(皮爾斯等人,2003)。目前,研究人員逐漸發現一些新的處理工藝,其中一種方法是讓廢水先在缺氧條件下水解,然后在有氧條件下進行處理(勞倫庫等,2000;。宇等人,2000)。相比傳統工藝,紡織印染廢水的處理中,先缺氧水解再好氧處理的方法一直被認為有很大優勢。在缺氧的條件下,水力停留時間(HRT)很短,廢水中不可降解的有機化合物可以轉化為可降解的物質,即廢水的可降解性顯著提高。同時,可以去除顏色和一部分COD。 厭氧折流板反應器(ABR)作為水解過程在這項研究中獲得通過。在ABR的幾個小隔室里,相分裂缺氧狀態可能會沿廢水的流動出現在每個隔間中。ABR還有更好的優點,它耐沖擊負荷和抗毒性。此外,它還具有其他一些特征,如易于實施,可避免短流、堵塞及回流等(吳等,2007)。 溫度是在環境溫度下影響紡織印染廢水的生物處理效果最重要的因素之一溫度越高,轉化率越高。但在5℃的低溫下,污水中出現的緩慢的生化反應可能會降低缺氧污泥活性,進而可能使缺氧水解過程惡化。在中國東部,溫度隨季節變化夏季氣溫可高至30℃,但在冬季,氣溫低至5℃也是可能的。因此在冬季,由于中國東部溫度較低,引起的緩慢的生化反應和缺氧污泥活性較低通常會導致水解過程效率低下。因此,經過缺氧水解 - 好氧處理工藝流出的紡織印染廢水很難達到排放標準。為了有效地調節缺氧水解過程,并確保在室溫條件下具有較高的水解效率,必須明確紡織印染廢水在一個ABR中的厭氧水解特性。因此這個研究探討了在5-31.1℃時ABR在紡織印染廢水預處理中的表現。基于COD的去除率,研究探討了在溫度系數為5-31.1℃時有機物降解的動力學模型。此外,反應器內的流體動力學和混合程度強烈地影響襯底和缺氧污泥之間的接觸程度,從而控制傳質和潛在的反應堆性能。因此,研究還調查了反應器的水力特性。 2. 方法 2.1反應器的配置 項目采用了一個敞開的ABR。該ABR由六個隔室組成,其中前5個充當水解池和第6個充當沉淀池。每個隔室在其配置的上行和下行共安裝了兩個采樣水龍頭,安裝在上面的水龍頭用于水流取樣,安裝在下面的水龍頭用于污泥取樣。每個隔室設有一個擋板,將水解區域分成兩部分。一個是向下流動的房間,另一個是向上流動的水解房間。在擋板的底部,有一個45。的引導擋板,它確保了廢水在反應器室內與污泥充分混合。其中ABR的尺寸是441156353mm(LWH),有效工作容積為10.5 L。 2.2實驗方法 一種液壓特性,即ABR的停留時間分布(RTD)是根據未加生物質的反應堆,利用其示蹤劑的附加脈沖來測定的。NaCl被用作牽引器和反應器加入蒸餾水中。 其在廢水中的濃度是可測的。 該反應器接種的活性污泥來自中國南京印染工廠的污水處理部門。原廢水混合了紡織印染廢水。該廢水的特點如下表觀棕色;色度200倍; pH值12.2;化學需氧量1201mg/L;五日生化需氧量360mg/L和氨氮 5.5mg/L。 用硫酸將原廢水的pH值調節到7左右。接著,通過蠕動泵將污水抽入ABR。 控制ABR的HRT為為8小時。在穩定條件下,測定在6個不同的廢水溫度下ABR中每個隔室的COD和色度。同時,為了體現反應器的穩定性,以檢查和控制ABR的運行正常,還對氧化還原電位(ORP)進行了測定。表1表示的就是ABR的各個隔室在六個不同的溫度下廢水的ORP值。在5℃時,隔室1?6的氧化還原電位值在- 25 mV至-5mV之間,并且相鄰的兩個隔室之間的氧化還原電位的變化很小。而在其他的廢水溫度(9.7,14.9,19.7,23.5和31.1℃)時,所有ORP值均在- 160 mV到-35mV之間,并且樣品的ORP值隨著ABR中隔室序列號的增加而降低。 根據中國的標準方法,化學需氧量采用重鉻酸鹽法測定,色度是用雙稀釋法方法測定。PH采用 用模型PHS-3C酸度計(中國制造)來測定。ORP則使用模型250A口袋ORP計(中國制造)測定。 ABR中六個隔室的ORP值 表1 隔室序號 T℃ ORPmV) 5 9.7 14.9 19.7 23.5 31.1 1 -7.3 -35.3 -40.3 -49.1 -63.2 -127.7 2 -18.7 -37.8 -38.1 -41.6 -75.4 -142.0 3 -20.6 -44.6 -43.3 -53.0 -78.8 -148.2 4 -17.1 -48.0 -52.9 -58.0 -78.8 -154.0 5 -20.2 -71.1 -87.1 -89.8 -99.5 -157.0 6 -22.9 -84.8 -90.1 -96.3 -106.0 159.4 3.結果和討論 3.1反應器的水利特性 正如在“方法”部分提到的,研究測定的是在ABR中無生物量時的水力特性。圖1是當HRT為8小時時,反應器中的停留時間分布圖(所謂的RTD曲線)。 h是減少的時間。 , (1) 其中t是實際時間(min),s是理論上的平均停留時間(min)。 變量C c / c0,其中c(mg/L)表示的是流出物中的示蹤劑濃度,c0(mg/L是當加到反應器中的示蹤物在整個反應器中充分擴散時得到的示蹤劑濃度。 在這種分布情況下(C F(T)),可以得到熱電阻曲線的研究中兩個很重要的結果試驗的平均停留時間和方差。實驗的平均停留時間te(min)可以由公式2求得,方差σ2t可以由公式(3)計算求得。 , 2) , (3) 除了RTD曲線,分散數(D/ UL)是該系統的另一個特征。對于液壓封閉系統,該分散數可以通過以下式子來計算。 , 4 其中D()是縱向離散系數,u(ms-1)是通過反應器中的平均流速,L(m)是容器的長度。 圖1為HRT為8h時ABR中的停留時間分布圖。 實驗中,計算NaCl的質量平衡,得其偏差為2.86%。ABR的分散數(D/UL)等于0.09。因此,實際流動型反應器介于理想的活塞流和理想的完全混合流之間,但它更接近活塞流。此外,ABR在缺氧條件運行,產生的氣體很少以至于氣體攪拌對流動的影響可以忽略不計。因此本研究中ABR的流動類型可認為是活塞流。 3.2 ABR的表現 3.2.1色度去除率 表2中列出的是ABR中各隔室在6個不同廢水溫度下樣品的表觀顏色。在同一廢水溫度下,隨著隔室序號的增加,樣品的表觀顏色逐漸變淡。在6個不同的廢水溫度下,溫度越高,取自同一隔室的樣品表觀顏色越淡。并且取自隔室5和隔室6的樣品表觀顏色相似,均接近草黃色。為確定顏色的去除率,本研究定量分析了樣品的色度。圖2列出了在ABR中各隔室的顏色及其去除率。隨著隔室序號的增大,樣品的顏色逐漸變淡。且在所有隔室中,隔室1樣品顏色褪得最為明顯,它在5℃,9.7℃,14.9℃,19.7℃,23.5℃和31.1℃的顏色去除效率分別為40%,60%,80%,80%,81%和85%。另外,隨著廢水溫度的增大,從ABR中流出的水流顏色變淡。當廢水溫度高于9.7℃時,流出的樣品顏色去除率達到90%以上。即使在廢水溫度為5 ℃的低溫時,其顏色僅為40倍。因此,我們總結得出ABR在室溫下作為紡織印染廢水的脫色過程效果很好。只有當ABR在5℃-31.1℃時進行預處理,流出的水流顏色才能滿足中國印染行業的專業排放標準一等)(顏色≤40倍)(GB4287-92)。 3.2.2 COD去除率 圖3列出了在ABR中各隔室的COD值和COD去除率。在同一廢水溫度下,在ABR中各隔室的COD值隨著車廂隔室序號的增大逐漸減小,而COD去除率卻不斷上升。1-6隔室的COD減少值不服從以下關系隔室1最大(除了5℃時),其次是隔室4-5,然后是隔室2-3,最后是隔室6。 在ABR中各隔室樣品在六個廢水溫度下的表觀顏色 表2 隔室序號 顏色 廢水溫度(℃) 5 9.7 14.9 19.7 23.5 31.1 1 棕色 粉紅色 淺紅色 淺紅色 淺紅色 淺紅色 2 橙紅色 粉紅色 淺紅色 草黃色 草黃色 草黃色 3 橙紅色 淺紅色 草黃色 草黃色 草黃色 草黃色 4 淺紅 淺紅色 草黃色 草黃色 草黃色 草黃色 5 草黃色 草黃色 草黃色 草黃色 草黃色 淺黃色 6 草黃色 草紅色 草黃色 草黃色 草黃色 淺黃色 圖2 顏色(倍數) 顏色去除率() 隔室序號 隔室序號 COD值(mg/L) 圖3 COD去除率% 隔室序號 隔室序號 主要原因在于,廢水在經過隔室1時,活性污泥就吸附了部分COD并分解了可降解的有機物,同時,不可降解的有機物被水解。所以在隔室1 中COD去除率明顯大于其他隔室。而在隔室2-5中,不可降解的有機化合物的化學結構發生了變化并分解成可降解的中間產物,所以后面的隔室對COD的去除率影響很小。在隔室2和3中,相比較為次要的酸化過程,水解過程顯得尤為重要。與此相反,在經過1-3隔室后,最難降解的有機化合物的水解結束,所以在隔室4和隔室5中,酸化可以說是一個重要的過程。而隔室6的COD去除率是最小的,因為隔室6充當沉淀池。 在5℃,9.7℃,14.9℃,19.7℃,23.5℃和31.1℃時,ABR中總COD去除率分別為34.6%,47.5%,50.0%,53.3%,54.7%和58.1%。它隨著廢水溫度的升高得到改善。也就是說,使用ABR預處理紡織印染廢水時,提高廢水的溫度有助于提高COD去除率。從5℃到9.7℃時總COD去除率的增加值為12.9%,但由9.7℃至31.1℃,增加值僅為10.6%。因此,我們可以知道將廢水的溫度從5℃提高到9.7℃比從9.7℃提高到31.1℃對去除COD的幫助更大。 3.2.3 生物降解性的變化 為了分析在紡織印染廢水中生物可降解性的變化,測定了ABR中流入和流出水流的BOD5/ COD值。在13.2℃時流入水流的BOD5/ COD值為0.30,當HRT為4h、6h、8h、10h和12h時,流出水流的BOD5/ COD值分別為0.43、0.46、0.40、0.33和0.25。根據實驗結果,當HRT為4 h時,BOD5/ COD的值較高,但COD去除率僅為33.0%。然而當水力停留時間為6h和12 h時,COD的去除率分別達到了44.8%和57.7%。可見 COD去除率會隨著水力停留時間的增加而增大。但是,當HRT為12 h時,BOD5/ COD值僅為0.25。所以,為了有效提高生物的可降解性和反應器的容積效率,應將ABR的HRT控制在6-8h之間。使用ABR對紡織印染廢水進行預處理不僅可以去除部分COD,同時當HRT控制在6-8小時之間時,還能提高提高廢水中生物的可降解性。 3.3降解動力學模型和溫度系數 為進一步分析廢水溫度對有機物可降解性的影響,實驗對處于6種不同廢水溫度下的有機物可降解性進行了動力學模擬。因為實驗過程中在ABR里存在缺氧情況,生成的氣體很少以至于產生的氣體攪拌可以忽略不計。因此可以認為ABR中的整體流動是活塞流。當ABR的HRT為8小時時,每個隔室的平均水力停留時間為80分鐘。有機物特異性降解的一般動力學模型(公式(5))為溫度影響的分析提供了方便。 , (5) 其中,t為時間(min),X是平均污泥濃度 (gMLSS L-1),S和n分別表示有機物濃度(mg COD L-1)和它的反應順序,k是取決于n值的一個有單位的特定降解速率常數(mgCOD(1-n)Lmin-1.mgMLSS-1)。在穩定狀態下,做出了ln(S0 / S)(S 0和S分別為流入時的有機物濃度及經過ABR各隔室后的有機物濃度)和t在6個不同廢水溫度時的6個線性回歸方程。表3中列出了線性回歸方程及回歸參數。 在6個不同的廢水溫度時的線性回歸方程和回歸系數 表3 廢水溫度 ℃ 線性回歸方程 相關系數R 標準偏差 P水平 5 lnS0/S0.000993t 0.9756 0.0379 0.0001 9.7 lnS0/S0.00138t 0.9650 0.0637 0.0002 14.9 lnS0/S0.00147t 0.9693 0.0631 0.0001 19.7 lnS0/S0.00175t 0.9751 0.0806 0.0003 23.5 lnS0/S0.00182t 0.9754 0.0838 0.0003 31.1 lnS0/S0.00219t 0.9327 0.1562 0.0061 當顯著性水平α0.01時,重要的回歸系數R0.01等于0.874。顯然,所有的R值均比R0.01大。因此,ln(S0/S)和t在6種不同的廢水溫度時具有良好的線性關系。也就是說,降解是與有機物濃度(S)有關的第一級反應。公式(6)給出了在缺氧條件下使用ABR對紡織印染廢水進行預處理時的有機物降解的動力學模型。 , 6 和積分后的形式, LnS0/SXt, 7 測量穩定狀態下ABR中的平均污泥濃度X,X等于16.8gMLSSL-1。根據表3中含平均污泥濃度的回歸方程可得到具體的降解速率常數。表4中列出了在六個不同的廢水溫度下具體的降解速率常數。 當廢水溫度在5-31.1之間變化時,隨著溫度而增大的可降解性取決于由Arrhenius方程給定的反應活化能。 , 8 其中,A為頻率因子,與k(L gMLSS-1min-1)單位相同,E是活化能量(Jmol-1),R是氣體常數(8.314mol?-1 K - 1),T是絕對溫度(K)。 公式(8)兩邊的對數值相等,即. 在6個不同的廢水溫度下具體的降解速率常數值 表4 (平均污泥濃度X16.8g MLSS L-1) 廢水溫度 (℃) kX min-1) K (L g MLSS-1min-1) lnk 1000/T T-1 5 0.000993 0.0000591 -9.736 3.579 9.7 0.00138 0.0000821 -9.407 3.537 14.9 0.00147 0.0000875 -9.344 3.473 19.7 0.00175 0.000104 -9.170 3.416 23.5 0.00182 0.000108 -9.130 3.371 31.1 0.00219 0.000130 -8.945 3.287 根據表4的數據,可得到ln k和1 / T之間的關系曲線。當R0.9712,p水平為0.0012時,回歸方程表示如下 . 10 根據方程(10)的斜率和截距,可確定E / R2356.6和lnA1.1657。因此,活化能ΔE19.593KJ mol-1,頻率因子為 0.3117 L gMLSS-1min-1。 廢水溫度從T1到T2的溫度系數(hT)可由以下公式計算(辛格和維拉菲瓦,2002) , 11 其中hT是溫度系數(無量綱),E是活化能量(J mol-1),R是氣體常數(8.314J mol-1 K-1),T1和T2(K)分別是兩個不同的絕對溫度. 所以在5℃-31.1℃的廢水溫度范圍內,溫度系數hT由公式(11)得到hT1.028。 4. 結論 使用ABR缺氧水解預處理紡織印染廢水不僅可以去除色度和部分COD,同時也能提高廢水中有機物的可生化性,這對去除COD的后續好氧處理是很有益也很必要的。在這項研究中,還探討了水力特性和ABR對紡織印染廢水進行預處理的性能。當HRT8h時,ABR的分散數等于0.09,可以假定它是一個活塞流。在5℃-31.1℃范圍內,用ABR對紡織印染廢水進行預處理,流出水流的顏色能夠滿足中國印染行業的專業排放標準(等級1)(顏色≤40倍)(GB4287-92)。此外,部分COD可以被去除,并且有機物降解是一級反應。該反應活化能為19.593KJmol-1,且在5℃-31.1℃之間溫度系數α1.028。此外,COD去除率可隨HRT的增大而提高,但為了改善廢水的生物可降解性, ABR的HRT應控制在6-8小時之間。 參考文獻略

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