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外文翻译--采用缺氧折流板反应预处理纺织印染废水(译文)-其他专业.doc

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外文翻译--采用缺氧折流板反应预处理纺织印染废水(译文)-其他专业.doc

中文5575字 出处Bioresource technology, 2008, 9916 7886-7891 采用缺氧折流板反应预处理纺织印染废水 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日采纳,2008年4月2日可在线查阅 摘要 在废水温度为5-31.3℃时,使用缺氧折流板反应器(ABR)对纺织印染废水预处理进行?#25628;?#31350;.当水力停留时间(HRT)为8小时,在5℃时ABR流出的颜色只有40倍,并且它可?#26376;?#36275;中国纺织印染行业的专业排放标准(等级1)(GB4287-92)。在5。C、9.7℃、14.9℃、19.7℃、23.5℃和31.1℃时,ABR的总COD的去除率分别为34.6%,47.5%,50.0%,53.3%,54.7%及58.1%。此外,当水力停留时间为6小时和8小时采用ABR预处理废水后,BOD5/ COD值分别从流入时的0.30上升至流出时的0.46以及从流入时的0.30上升至流出时的0.40。实验结果表明,在室温下,ABR是对纺织印染废水进行预处理和脱色的一个非常可行的工艺。此外,在六种不同的废水温度下,ABR中动力学模拟的有机物?#21040;?#39034;利完成。动力学分析表明,有机物?#21040;?#26159;一级反应。该反应活化能为19.593千焦摩尔KJ/mol,而且它在5-31.1℃时的温度系数为1.028。 2008艾斯维尔有限公司版权所有。 关键词纺织印染废水;缺氧折流板反应;水解预处理;?#21040;?#21160;力学;温度系数. 1. 引言 全世界每年用于印染而生产的合成染料超过7105公吨,并且5%-10%是随废水排出(维迪亚和黛特,1982;宇?#28909;耍?001)。纺织印染废水中有一些染料,浆料,印染助剂,酸或碱,?#23435;?#21644;无机化合物。而且,一些染料中含有硝基,胺基和重金属,如铜,铬,锌和砷?#21462;?#27492;外,由于不同的染料种类,不同的染色过程,不同的染料浓度和不同?#32435;?#22791;规模,这些组分将会发生改变(迪利等,1998)。一般来说,纺织印染废水的特点是颜色深,pH高,COD高,生物?#21040;?#24615;?#20572;?#25289;库等,1997)。因此,来自纺织工业的纺织印染废水是环境污染的一个重要来源(乔等,2007)。由于?#26790;?#27700;具有稳定性和微生物难?#21040;?#24615;,仅使用简单?#32435;?#29289;处理工艺很难达到排放标准,?#27426;?#21033;用物理化学处理工艺则需要较高的操作费用(皮尔斯?#28909;耍?003)。目前,研究人员逐渐发现一些新的处理工艺,其中一种方法是让废水先在缺氧条件下水解,然后在有氧条件下进行处理(劳伦库等,2000;。宇?#28909;耍?000)。相比传统工艺,纺织印染废水的处理中,先缺氧水解再好氧处理的方法一直被认为有很大优势。在缺氧的条件下,水力停留时间(HRT)很短,废水中不可?#21040;?#30340;有机化合物可以转化为可?#21040;?#30340;物质,即废水的可?#21040;?#24615;显著提高。同时,可以去除颜色和一部分COD。 厌氧折流板反应器(ABR)作为水解过程在这项研究中获得通过。在ABR的几个小隔室里,相分裂缺氧状态可能会沿废水的流动出现在每个隔间中。ABR还有更好的优点,它?#32479;?#20987;负荷和抗毒性。此外,它还具有其他一些特征,如易于实施,可避免短流、堵塞及回流等(吴等,2007)。 温度是在环境温度下影响纺织印染废水?#32435;?#29289;处理效果最重要的因素之一温度越高,转化?#35797;?#39640;。但在5℃的低温下,污水中出现的缓慢?#32435;?#21270;反应可能会?#26723;?#32570;氧污泥活性,进而可能使缺氧水解过程恶化。在中国东部,温度随季节变化夏季气温可高至30℃,但在冬季,气温低至5℃也是可能的。因此在冬季,由于中国东部温度?#31995;停?#24341;起的缓慢?#32435;?#21270;反应和缺氧污泥活性?#31995;?#36890;常会导致水解过程效?#23454;?#19979;。因此,经过缺氧水解 - 好氧处理工艺流出的纺织印染废水很难达到排放标准。为了有效地调节缺氧水解过程,并确保在室温条件下具有较高的水解效率,必须明确纺织印染废水在一个ABR中的厌氧水解特性。因此这个研究?#25945;?#20102;在5-31.1℃时ABR在纺织印染废水预处理中的表现。基于COD的去除率,研究?#25945;?#20102;在温度系数为5-31.1℃时有机物?#21040;?#30340;动力学模型。此外,反应器内的流体动力学和混合程度强?#19994;?#24433;响衬底和缺氧污泥之间的接触程度,从而控制传质和潜在的反应?#30740;阅堋?#22240;此,研究还调查了反应器的水力特性。 2. 方法 2.1反应器的配置 项目采用了一个敞开的ABR。该ABR由六个隔室组成,其中前5个充当水解池和第6个充当沉淀池。每个隔室在其配置?#32435;?#34892;和下行共安装了两个采样水龙头,安装在上面的水龙头用于水流取样,安装在下面的水龙头用于污泥取样。每个隔室设有一个挡板,将水解区域分成两部分。一个是向下流动的?#32771;洌?#21478;一个是向上流动的水解?#32771;洹?#22312;挡板的底部,有一个45。的引导挡板,它确保了废水在反应器室内与污泥充?#21482;?#21512;。其中ABR的尺寸是441156353mm(LWH),有效工作容积为10.5 L。 2.2实验方法 一种液压特性,即ABR的停留时间分布(RTD)是根据未加生物?#23454;?#21453;应堆,利用其示踪剂的附加脉冲来测定的。NaCl被用作牵引器和反应器加入蒸馏水中。 其在废水中的浓度是可测的。 该反应器接种的活性污泥来自中国南京印染工厂的污水处理部门。原废水混合了纺织印染废水。该废水的特点如下表观棕色;色度200倍; pH值12.2;化学需氧量1201mg/L;五日生化需氧量360mg/L和氨氮 5.5mg/L。 用硫酸将原废水的pH?#26723;?#33410;到7左右。?#24188;牛?#36890;过蠕动泵将污水抽入ABR。 控制ABR的HRT为为8小时。在稳定条件下,测定在6个不同的废水温度下ABR中每个隔?#19994;腃OD和色度。同时,为了体现反应器的稳定性,以检查和控制ABR?#33041;?#34892;正常,还对氧化还原电位(ORP)进行了测定。表1表?#38236;?#23601;是ABR的各个隔室在六个不同的温度下废水的ORP值。在5℃时,隔室1?6的氧化还原电位值在- 25 mV至-5mV之间,并且相邻的两个隔室之间的氧化还原电位的变化很小。而在其他的废水温度(9.7,14.9,19.7,23.5和31.1℃)时,所有ORP值均在- 160 mV到-35mV之间,并?#24050;?#21697;的ORP值随着ABR中隔室序列号?#33041;?#21152;而?#26723;汀?根据中国的标准方法,化学需氧量采用重铬酸盐法测定,色度是用双稀释法方法测定。PH采用 用模型PHS-3C酸度计(中国制造)来测定。ORP则使用模型250A口袋ORP计(中国制造)测定。 ABR中六个隔?#19994;腛RP值 表1 隔室序号 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.结果和讨论 3.1反应器的水利特性 正如在“方法”部分提到的,研究测定的是在ABR中无生物量时的水力特性。图1是当HRT为8小时时,反应器中的停留时间分布图(所谓的RTD曲线)。 h是减少的时间。 , (1) 其中t是?#23548;?#26102;间(min),s是理论上的平均停留时间(min)。 变量C c / c0,其中c(mg/L)表?#38236;?#26159;流出物中的示踪剂浓度,c0(mg/L是当加到反应器中的示踪物在整个反应器中充分扩散时得到的示踪剂浓度。 在这种分?#35760;?#20917;下(C F(T)),可以得到热电阻曲线的研究中两个很重要的结果试验的平均停留时间和方差。实验的平均停留时间te(min)可以由公式2求得,方差σ2t可以由公式(3)计算求得。 , 2) , (3) 除了RTD曲线,分散数(D/ UL)是该系统的另一个特征。对于液压封闭系?#24120;?#35813;分散数可以通过以下式子来计算。 , 4 其中D()是纵向离散系数,u(ms-1)是通过反应器中的平均流速,L(m)是容器的长度。 图1为HRT为8h时ABR中的停留时间分布图。 实验中,计算NaCl的质量平衡,得其偏差为2.86%。ABR的分散数(D/UL)等于0.09。因此,?#23548;?#27969;动型反应器介于理想的活塞流和理想的完全混合流之间,但它更接近活塞流。此外,ABR在缺氧条件运行,产生的气体很少以至于气体搅拌对流动的影响可以忽略不计。因此本研究中ABR的流动类型可认为是活塞流。 3.2 ABR的表现 3.2.1色度去除率 表2中列出的是ABR中各隔室在6个不同废水温度下样品的表观颜色。在同一废水温度下,随着隔室序号?#33041;?#21152;,样品的表观颜色逐渐变淡。在6个不同的废水温度下,温度越高,取自同一隔?#19994;难?#21697;表观颜色?#38477;?#24182;且取自隔室5?#36879;?#23460;6的样品表观颜色相似,均接近草黄色。为?#33539;?#39068;色的去除率,本研究定量分析?#25628;?#21697;?#32435;?#24230;。图2列出了在ABR中各隔?#19994;?#39068;色及其去除率。随着隔室序号?#33041;?#22823;,样品的颜色逐渐变淡。且在所有隔室中,隔室1样?#36153;?#33394;?#23454;?#26368;为明显,它在5℃,9.7℃,14.9℃,19.7℃,23.5℃和31.1℃的颜色去除效率分别为40%,60%,80%,80%,81%和85%。另外,随着废水温度?#33041;?#22823;,从ABR中流出的水流颜色变淡。当废水温度高于9.7℃时,流出的样?#36153;?#33394;去除率达到90%以上。即使在废水温度为5 ℃的低温时,其颜色仅为40倍。因此,我们总结得出ABR在室温下作为纺织印染废水的脱色过程效果很好。只有当ABR在5℃-31.1℃时进行预处理,流出的水流颜色才能满足中国印染行业的专业排放标准一等)(颜色≤40倍)(GB4287-92)。 3.2.2 COD去除率 图3列出了在ABR中各隔?#19994;腃OD值和COD去除率。在同一废水温度下,在ABR中各隔?#19994;腃OD值随着?#36842;?#38548;室序号?#33041;?#22823;逐渐减小,而COD去除率却?#27426;?#19978;升。1-6隔?#19994;腃OD减少值?#29615;?#20174;以下关系隔室1最大(除了5℃时),其?#38382;?#38548;室4-5,然后是隔室2-3,最后是隔室6。 在ABR中各隔?#24050;?#21697;在六个废水温度下的表观颜色 表2 隔室序号 颜色 废水温度(℃) 5 9.7 14.9 19.7 23.5 31.1 1 棕色 粉红色 浅红色 浅红色 浅红色 浅红色 2 橙红色 粉红色 浅红色 草黄色 草黄色 草黄色 3 橙红色 浅红色 草黄色 草黄色 草黄色 草黄色 4 浅红 浅红色 草黄色 草黄色 草黄色 草黄色 5 草黄色 草黄色 草黄色 草黄色 草黄色 浅黄色 6 草黄色 草红色 草黄色 草黄色 草黄色 浅黄色 图2 颜色(倍数) 颜色去除率() 隔室序号 隔室序号 COD值(mg/L) 图3 COD去除率% 隔室序号 隔室序号 主要原因在于,废水在经过隔室1时,活性污泥就吸附了部分COD并分解了可?#21040;?#30340;有机物,同时,不可?#21040;?#30340;有机物被水解。所以在隔室1 中COD去除率明?#28304;?#20110;其他隔室。而在隔室2-5中,不可?#21040;?#30340;有机化合物的化学结构发生了变化并分解成可?#21040;?#30340;中间产物,所以后面的隔室对COD的去除率影响很小。在隔室2和3中,相比较为次要的酸化过程,水解过程显得尤为重要。与此相反,在经过1-3隔室后,最难?#21040;?#30340;有机化合物的水解结束,所以在隔室4?#36879;?#23460;5中,酸化可以说是一个重要的过程。而隔室6的COD去除率是最小的,因为隔室6充当沉淀池。 在5℃,9.7℃,14.9℃,19.7℃,23.5℃和31.1℃时,ABR中总COD去除率分别为34.6%,47.5%,50.0%,53.3%,54.7%和58.1%。它随着废水温度?#32435;?#39640;得到改善。也就是说,使用ABR预处理纺织印染废水时,提高废水的温度有助于提高COD去除率。从5℃到9.7℃时总COD去除?#23454;脑?#21152;值为12.9%,但由9.7℃至31.1℃,增加?#21040;?#20026;10.6%。因此,我们可以知道将废水的温度从5℃提高到9.7℃比从9.7℃提高到31.1℃对去除COD的帮助更大。 3.2.3 生物?#21040;?#24615;的变化 为了分析在纺织印染废水中生物可?#21040;?#24615;的变化,测定了ABR中流入和流出水流的BOD5/ COD值。在13.2℃时流入水流的BOD5/ COD值为0.30,当HRT为4h、6h、8h、10h和12h时,流出水流的BOD5/ COD值分别为0.43、0.46、0.40、0.33和0.25。根据实验结果,当HRT为4 h时,BOD5/ COD的?#21040;?#39640;,但COD去除?#24335;?#20026;33.0%。?#27426;?#24403;水力停留时间为6h和12 h时,COD的去除率分别达到了44.8%和57.7%。可见 COD去除率会随着水力停留时间?#33041;?#21152;而增大。但是,当HRT为12 h时,BOD5/ COD?#21040;?#20026;0.25。所以,为了有效提高生物的可?#21040;?#24615;和反应器的容积效率,应将ABR的HRT控制在6-8h之间。使用ABR对纺织印染废水进行预处理不仅可以去除部分COD,同时当HRT控制在6-8小时之间时,还能提高提高废水中生物的可?#21040;?#24615;。 3.3?#21040;?#21160;力学模型和温度系数 为进一步分析废水温度对有机物可?#21040;?#24615;的影响,实验对处于6种不同废水温度下的有机物可?#21040;?#24615;进行了动力学模拟。因为实验过程中在ABR里存在缺氧情况,生成的气体很少以至于产生的气体搅拌可以忽略不计。因此可以认为ABR中的整体流动是活塞流。当ABR的HRT为8小时时,每个隔?#19994;?#24179;均水力停留时间为80分?#21360;?#26377;机物特异性?#21040;?#30340;一般动力学模?#20572;?#20844;式(5))为温度影响的分析提供了方便。 , (5) 其中,t为时间(min),X是平均污泥浓度 (gMLSS L-1),S和n分别表示有机物浓度(mg COD L-1)和它的反应顺序,k是取决于n?#26723;?#19968;个有单位的特定?#21040;?#36895;率常数(mgCOD(1-n)Lmin-1.mgMLSS-1)。在稳定状态下,做出了ln(S0 / S)(S 0和S分别为流入时的有机物浓度及经过ABR各隔室后的有机物浓度)和t在6个不同废水温度时的6个线性回归方程。表3中列出了线性回归方程及回归?#38382;?在6个不同的废水温度时的线性回归方程和回归系数 表3 废水温度 ℃ 线性回归方程 相关系数R 标?#35745;?#24046; 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 ?#27605;?#30528;性水平α0.01时,重要的回归系数R0.01等于0.874。显然,所有的R值均比R0.01大。因此,ln(S0/S)和t在6种不同的废水温度时具有良好的线性关系。也就是说,?#21040;?#26159;与有机物浓度(S)有关的第一级反应。公式(6)给出了在缺氧条件下使用ABR对纺织印染废水进行预处理时的有机物?#21040;?#30340;动力学模型。 , 6 和积分后的?#38382;劍?LnS0/SXt, 7 测量稳定状态下ABR中的平均污泥浓度X,X等于16.8gMLSSL-1。根据表3中含平均污泥浓度的回归方程可得到具体的?#21040;?#36895;率常数。表4中列出了在六个不同的废水温度下具体的?#21040;?#36895;率常数。 当废水温度在5-31.1之间变化时,随着温度而增大的可?#21040;?#24615;取决于由Arrhenius方程给定的反应活化能。 , 8 其中,A为频率因子,与k(L gMLSS-1min-1)单位相同,E是活化能量(Jmol-1),R是气体常数(8.314mol?-1 K - 1),T是绝对温度(K)。 公式(8)两边的对数值相等,即. 在6个不同的废水温度下具体的?#21040;?#36895;率常数值 表4 (平均污泥浓度X16.8g MLSS L-1) 废水温度 (℃) 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 根据表4的数据,可得到ln k和1 / T之间的关?#30331;?#32447;。当R0.9712,p水平为0.0012时,回归方程表示如下 . 10 根据方程(10)的斜率和截距,可?#33539;‥ / R2356.6和lnA1.1657。因此,活化能ΔE19.593KJ mol-1,频率因子为 0.3117 L gMLSS-1min-1。 废水温度从T1到T2的温度系数(hT)可由以下公式计算(辛格和维拉菲瓦,2002) , 11 其中hT是温度系数(无量纲),E是活化能量(J mol-1),R是气体常数(8.314J mol-1 K-1),T1和T2(K)分别是两个不同的绝对温度. 所以在5℃-31.1℃的废水温度范围内,温度系数hT由公式(11)得到hT1.028。 4. 结论 使用ABR缺氧水解预处理纺织印染废水不仅可以去除色度和部分COD,同时也能提高废水中有机物的可生化性,这对去除COD的后续好氧处理是很有益也很必要的。在这项研究中,还?#25945;?#20102;水力特性和ABR对纺织印染废水进行预处理的?#38405;堋?#24403;HRT8h时,ABR的分散数等于0.09,可以假定它是一个活塞流。在5℃-31.1℃范围内,用ABR对纺织印染废水进行预处理,流出水流的颜色能够满足中国印染行业的专业排放标准(等级1)(颜色≤40倍)(GB4287-92)。此外,部分COD可?#21592;?#21435;除,并且有机物?#21040;?#26159;一级反应。该反应活化能为19.593KJmol-1,且在5℃-31.1℃之间温度系数α1.028。此外,COD去除率可随HRT?#33041;?#22823;而提高,但为了改善废水?#32435;?#29289;可?#21040;?#24615;, ABR的HRT应控制在6-8小时之间。 参考文献略

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