畢業設計(**)開題報告
（適用於工科類、理科類專業）
一、畢業設計（**）課題背景（含文獻綜述）
1.1 課題名稱
某皮革廢水處理工程設計
1.2 課題背景
製革廢水是汙染嚴重、難處理的工業廢水之一，其特點是排放量大，汙染涉及面廣，汙水中含有重金屬鉻和硫化物以及油脂、木質素、蛋白質等大量有機物，毒性強，臭味大並帶有顏色。
1.2.1 我國製革加工行業發展現狀
我國現有製革企業近萬家，每噸皮革所產生的廢水大約為豬皮60噸，牛皮120噸，羊皮150噸，比日本和聯邦德國的噸皮廢水排放量30~50噸和20~30噸都多。我國年排放製革廢水約7000多萬噸，cod年排放量約為15萬噸，bod8萬噸，ss12萬噸，鉻3500噸，硫5000噸。由於加工過程中需要新增多種化學品，從而使得排出廢水ph變化範圍大、色度高、汙染物種類繁多、成分複雜，主要有酸、鹼、鹽、染料、單寧、木質素、硫化物、鉻、糖、氨氮、油脂、表面活性劑、助劑等。
製革廢水汙染在輕工行業中排第三位，是目前工業廢水處理的難點與焦點之一。
我國的製革廢水處理起步較晚，80年代中期才取得了突破性進展，經過近十幾年的有益的探索和研究，已經找出了一條適合我國國情的道路，在治理技術上與國外的差距大量縮小，有的方面還處於領先水平。
1.2.2 製革廢水的產生
皮革加工是以動物皮為原料，經化學處理和機械加工而完成的。在這一過程中，大量的蛋白質、脂肪轉移到廢水、廢渣中；在加工過程中採用的大量化工原料，如酸、鹼、鹽、硫化鈉、石灰、鉻鞣劑、加脂劑、染料等，其中有相當一部分進入廢水中。從皮革加工的工段來說，製革廢水主要來自於準備、鞣製和其他溼加工工段。
準備工段的廢水主要**於水洗、浸水、脫毛、浸灰、脫灰、軟化、脫脂；鞣製工段的廢水主要來自水洗、浸酸、鞣製；鞣後溼整飾工段主要來自水洗、擠水、染色、加脂、噴塗機的除塵廢水等。
1.2.3 製革廢水特點
製革廢水的特徵可概括為以下三點：(1)水量大。根據產品品種和生坯類別的不同，每生產1噸原料皮可產生廢水60~120噸；(2)水量和水質波動大。
製革廢水間歇式排出，水量變化表現為時流量變化和日流量變化；就水質來說，隨著生產品種、生皮種類、工序交錯而變動，顯示出汙染物排放的無規律性；(3)汙染負荷大。製革廢水鹼性大，準備工段廢水ph值在10左右，色度高，耗氧量高，懸浮物多。一般而言，製革廢水中有毒、有害汙水(含硫、含鉻汙水)佔總廢水量的15%~20%。
其中來自鉻鞣工序的廢水中，鉻含量在2~4g/l，而灰鹼脫毛廢液中硫化物含量可達2~6g/l。製革廢水含有蛋白質、脂肪、染料等有機物和鉻、硫化物、氯化物等無機鹽類，並隨不同工段、不同工藝、不同工序變化很大。
1.2.4 製革廢水的處理
製革廢水按其**主要分為三類：脫脂廢液、灰鹼脫毛廢液、鉻鞣廢液。這三股廢液因其水質差別很大，一般情況下是分別單獨處理，然後將單獨處理後的廢水連同其他廢水綜合起來用生物方法處理；在工廠規模小，水量少的情況下也可以不經過單獨處理，而是直接綜合後處理[20]。
脫脂廢液一般採用**油脂的方法進行處理；灰鹼脫毛廢液由於懸浮物和濁度值都很大，通常採用的方法有化學沉澱法、酸吸收法和催化氧化法；鉻鞣廢液主要進行廢鉻液**鉻再利用。製革綜合廢水處理通常由一級物理化學處理和二級生化處理組成。
在製革過程中浸灰脫毛工段產生的高濃度含硫廢水和鉻鞣工段產生的含鉻廢水對整個廢水處理非常不利，硫和鉻會對後段的生化處理產生抑制作用或毒害作用，如當廢水中鉻元素含量達到17mg/l。時就會對活性汙泥產生影響，因此在製革廢水處理中應遵循物化與生化相結合、分散處理與集中處理相結合的原則，首先分別對含硫廢水和鉻鞣廢水進行預處理，不但有利於生化處理而且可**一部分有用資源再利用。經預處理後的含硫廢水和鉻鞣廢水再和其它工段的汙水一起進行處理。
近年來，隨著國家對環境質量要求的進一步提高，二級生物處理法處理後再進行**處理回用。
1.3 國內外皮革廢水處理工藝概述
製革廢水中汙染物組成複雜，綜合廢水的處理方法也很多，有生化工藝和物化等方法，國內製革工業通常採用一級處理和二級處理相結合的方法，此法投資省，執行費用低，能夠穩定達標排放。
製革廢水的一級處理是指製革廢水整個處理工藝中的物化處理階段，它包括物理處理和化學處理兩個方面。一般的物理處理包括過濾、重力沉降和氣浮等方法，而化學處理則包括絮凝、化學沉澱等。
目前製革廢水的二級處理主要以生物好氧處理，即活性汙泥處理法為主，為了降低處理成本，減少汙水處理投資，進行了各種處理方法的工藝組合。目前製革廢水的生物厭氧處理正處於研究階段，實際中的應用並不多。
1.3.1 傳統活性汙泥法
活性汙泥法建立於2023年，是利用河川自淨原理的人工強化高效處理工藝，已成為有機性汙水生物處理的主體。在製革廢水的處理中，活性汙泥法的應用是相當普遍的，如西德的warn製革汙水處理廠，國內北京東風製革廠、常州皮革廠、哈爾濱製革廠等都採用活性汙泥法，該法對生化需氧量去除率在90%以上，化學需氧量在60%~80%之間。色度在50%~90%之間，硫化物在85%~98%之間。
傳統活性物泥法處理效率高，適用於處理要求高且水質相對穩定的汙水，但它要求進水濃度尤其是有抑制物濃度不能高，而製革廢水中的硫化物及鉻在超過一定濃度時對生化有抑制，同時它不適應衝擊負荷，需要高的動力和基建費用。
1.3.2 製革廢水全物化處理技術
製革廢水全物化處理是指廢水二級處理也採用物化法，整個工藝系統不包含生化處理單元。近年來。人們對微電解、超聲波和高效絮凝劑等技術在製革廢水中的應用進行深入研究，已取得顯著成效。
其中，內電解法是近些年發展起來的一種處理廢水的有效方法，內電解塔中一般填裝經處理後的鐵屑和炭的混合物，它對廢水的處理是基於電化學反應的氧化還原和電池反應產物的絮凝及新生絮體的吸附等的協同作用。全物化技術處理製革廢水，普遍存在著執行費用高、處理不完全、汙泥產量大、易產生二次汙染等問題。隨著製革行業的逐步規範化和排放標準的日益嚴格，前景不被看好。
1.3.3 氧化溝工藝
製革廢水生物處理具有一定的特殊性，即衝擊負荷大、含鹽量高，又含有一定數量的難生物降解的有機物以及鉻和硫化物帶來的毒性問題。在諸多生物處理技術中，氧化溝因其停留時間長、稀釋能力強、適宜於汙染負荷低的廢水處理、抗衝擊負荷能力強的特點，被實踐證明是目前較成熟的製革廢水處理工藝。隨著國家對環保問題的日益重視，製革行業將面臨更加嚴峻的環保問題，排放標準將更加嚴格，如氨氮指標已列為某些地區的製革廢水排放標準。
氧化溝法是活性汙泥法的一種變種。氧化溝處理製革廢水，處理效果穩定，操作管理簡單，執行成本較低，日益受到人們的重視。氧化溝有多種池型：
carrousel型、orbel型、雙溝型、三溝型。因而，氧化溝工藝在製革廢水處理方面的優點更為突出，通過合理的設計及執行，氧化溝處理技術將會大規模地應用於製革廢水處理中，江蘇南京製革廠、浙江海寧製革廠、湖北**製革廠等均採用氧化溝技術，該法對有機物去除率為：bod5＞95%，cod約95%，硫化物99%~100%，懸浮固體75%左右，石油類＞99%。
1.3.4 序批式活性汙泥法(sbr)工藝
sbr是近年來在國內外迅速發展起來的一種新工藝，其對有機物的去除機理為：在反應器內預先培養馴化一定量的活性汙泥，當廢水進入反應器與活性汙泥混合接觸並有氧存在時，微生物利用廢水中的有機物進行新陳代謝，將有機物降解並同時使微生物細胞增殖。將微生物細胞物質與水沉澱分離，廢水即得到處理。
其處理過程主要由初期的去除與吸附作用、微生物的代謝作用、絮凝體的形成與絮凝沉澱效能幾個淨化過程完成。sbr工藝執行靈活，可以間歇執行，停產長達3個月後，重新啟動sbr池時，汙泥活性可很快恢復，該工藝十分適用中、小型製革企業的廢水處理。目前，國內將sbr工藝列為廢水處理中的重要工藝進行研究和應用。
但sbr工藝尚處於發展完善階段，sbr的興起不過十幾年的時間，許多研究還處於剛剛起步階段，在基礎理論研究方面存在著很多疑問，在工程應用方面缺乏科學、可靠的設計模式及成熟的執行管理經驗，而sbr自身的特點間歇執行、自動化要求高，又增加了解決問題的難度和應用的侷限性。
1.3.5 生物接觸氧化法
生物接觸氧化法是一種介於活性汙泥法與生物濾池之間的生物膜法處理工藝，又稱為淹沒式生物濾池。其具有以下特點：生物接觸氧化池內的生物固體濃度(10~20g/l)高於活性汙泥法和生物濾池，具有較高的容積負荷（可達3.
0~6.0kgbod/(m3·d)）；不需要汙泥回流，無汙泥膨脹問題，執行管理簡單；對水量水質的波動有較強的適應能力；汙泥產量略低於活性汙泥法。
蘭州交通大學採用pfs混凝沉澱-生物接觸氧化工藝處理製革綜合廢水[24]，混凝劑採用pfs，投加量為50mg/l。接觸氧化池水力停留時間為8h，流量為3.0 l/h，溫度l4~l8℃，氣水比約為20：
1。池內安裝半軟性填料。從混凝沉澱試驗結果看，去除率高達81%，同時，混凝沉澱對codcr和ss也有較高的去除效果，90%及以上的硫化物在混凝沉澱這一級已被去除。
因此，可以認為在生物處理之前，先採用混凝沉澱工藝是適合皮革廢水特點的。由於好氧生物接觸氧化池採用了半軟性纖維填料，生物膜面積大，單位池容積的微生物量多。半軟性填料具有一定的剛性和柔性，有較強的重新布水和布氣能力，使附著在半軟性填料上的生物膜能很好地與廢水中的有機物和溶解氧接觸，促進生物膜的脫落和更新，以保持良好的活性。
試驗表明，連續執行50天未發現半軟性填料堵塞和結團現象，出水清澈，codcr值均在300mg/l以下。經氧化池曝氣後，硫化物可降到1.0mg/l以下。
1.3.6 生物膜法
生物膜法是使微生物群體附著在固體填料的表面，形成一層生物膜，並讓它與廢水接觸，使廢水淨化的方法。根據廢水與生物膜接觸形式不同，將生物膜反應器分為生物濾池、生物轉盤和生物接觸氧化等。用於製革廢水的生物膜法多是採用生物接觸氧化並多與其他工藝結合起來。
1.3.7 討論
20世紀90年代末期，人們提出要在製革廢水中實行綠色化學技術。綠色化學是指用化學技術和方法來減少或消除對人類或環境有害的原料、產品、副產物、溶劑、試劑等的使用和生產，使化學研究向對人類低毒害和對環境少汙染的方向發展。張銘讓等1998 年從綠色化學的角度尋找解決製革廢水的方法[21]。
提出要在製革生產過程中採用綠色化學技術，通過使用少汙染或無汙染的皮革化學品和清潔生產工藝技術，減少或消除大部分的汙染源；同時通過使用高吸收材料和迴圈工藝，使化工輔料的用量減少，廢液排出量減少。在此基礎上，**利用製革下腳料和廢棄物，最大限度降低汙染，提高綜合效益。
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