化工工艺设计精品]混凝吸附及化学氧化法深度处理焦化废水的研究毕业论文

化工工艺设计精品]混凝吸附及化学氧化法深度处理焦化废水的研究毕业论文内容摘要：

~26 20 宝钢焦化厂 884~1040 400~700 136~178 14~30 临汾焦化厂 3000~4000 200 230 8~15 本科生毕业论文 第 6 页 (注：上海焦化厂与太原化工焦化厂采用生物滤塔加活性污泥曝气法，宝钢 焦化厂采用活性污泥加铁盐法，其余都是活性污泥法 [8]。 ) 焦化废水生化处理工艺 1． 全程硝化 — 反硝化生物脱氮 全程硝化 — 反硝化生物脱氮一般包括硝化和反硝化两个阶段。 硝化反应是在供氧充足的条件下，水中的氨氮在亚硝化细菌的作用下被氧化成亚硝酸盐，再在硝化细菌的作用下进一步氧化成硝酸盐；反硝化反应是在缺氧或厌氧条件下，反硝化细菌在有碳源的情况下将硝酸根离子还原为氮气。 在该理论基础上构建了一系列生物脱氮技术，如 A/O、 A2/O等。 目前，国内外已有成功采用这种工艺处理焦化废水运行的实例。 但这些技术本身存在 许多弊端，如能耗高，硝化反应为好氧过程，需要耗能；反硝化过程必须有碳源作为电子供体，而焦化废水中 C源不足，需外加碳源 (如甲醇等 )提高脱氮率；硝化反应为产酸过程，反硝化反应为产碱过程，必须外加大量的酸碱进行中和，维持系统正常运行。 2． 短程硝化 — 反硝化 (SHARON) 短程硝化反硝化 (Single reactor for high ammonium removal over nitrite，简称SHARON)是把硝化反应过程控制在氨氧化产生 NO2N的阶段，阻止 NO2N进一步硝化，直接以 NO2N作为 氢受体进行反硝化。 此过程减少了硝化过程中的需氧量、反硝化过程中有机碳的投入量，降低了能耗和运行费用。 目前，该流程在国内极少数焦化厂进行了设计改造和应用。 但是，此过程还需要投加一定量的碳源及酸碱，消耗药剂。 另外，如果反硝化过程不完全，则存在剩余的 NO2N，而NO2N本身是致畸、致癌、致突变物质，对人群有严重危害。 3． 厌氧氨氧化 (ANAMMOX) ANAMMOX生物脱氮技术是荷兰 Delft技术大学提出的一种新型生物脱氮技术 [9]。 该技术的基本原理是：在厌氧条件下，直接利用 NH4+作为电子供体，亚硝酸 盐作为电子受体，将氨氮直接氧化生成氮气。 其生化反应式如下： NH4++ NO2 —N2+2H2O。 如果说上述的 SHARON技术只是将传统的硝化反硝化工艺通过运行控制缩短了生物脱氮的途径，而 ANAMMOX生物脱氮技术作为一种全新的生物脱 本科生毕业论文 第 7 页 氮技术，完全突破了传统生物脱氮技术中的基本概念。 ANAMMOX反应无需供氧、无需外加有机碳源来维持反硝化，适用于可生化性差的废水 (焦化、化肥及垃圾渗滤液等行业废水 )，无需外加酸碱调节废水的pH值，故可降低能耗，节省药剂，减少运行费用。 同时，还可避免因外加药剂造成的二次污染问题。 因此， ANAMMOX生物脱氮技术具有很好的研究与应用前景。 4． SHARON— ANAMMOX组合工艺 SHARON— ANAMMOX生物脱氮组合技术具有耗氧量少、不需外加碳源、污泥产量少等优点，是迄今为止最简捷的生物脱氮技术，成为当前生物脱氮领域的一个研究重点 [1011]。 SHARON— ANAMMOX生物脱氮技术问世仅有几年的时问，目前，只有荷兰鹿特丹的 Dokhaven污水厂用该技术处理其泥区的废水 [1213]。 这种组合工艺在其它地区及行业废水应用未见报道。 鞍山科技大学结合已取得的焦化废水生物脱氮技术 成果，将这种组合工艺经改造并应用到焦化废水脱氮处理的攻关研究中。 该工艺处理焦化废水的特点： (1)不需外加碳源。 利用该工艺处理焦化废水反硝化过程，是直接利用 NO2和 NH4+作为电子供体和电子受体，不需外加碳源。 (2)不需酸碱中和药剂，系统运行过程中 pH值比较稳定。 (3)耗氧量少。 在系统运行中， SHARON反应器实现了 NO2N的累积，需消耗的氧气量少，比传统处理工艺减少约 30％。 (4)脱氮率高。 在实验研究中氨氮去除率为 ～ 100％，总氮去除率为 ～％。 (5)运行成本低。 该工 艺可缩短废水处理流程，减少处理构筑物，节约各种药剂用量，节省动力消耗。 由于焦化废水中 C/N比过小，可生化性差。 对蒸氨后的高浓度含氨废水的脱氮处理常需要外加碳源。 SHARONANAMMOX联合工艺是由 SHARON和 本科生毕业论文 第 8 页 ANAMMOX组成的新型生物脱氮工艺，即在有氧条件下将 SHARON反应控制在氨氧化反应的亚硝化阶段，其出水作为 ANAMMOX反应器的进水。 此联合工艺是迄今为止最简洁的生物脱氮工艺，具有不需要外加碳源及碱度、氧耗小、污泥产量少等优点，对中等及较低浓度氨氮废水脱氮处理具有极大的实际应用价值。 焦化废水生化出水现状 目前焦化废水经生化处理后，出水中大部分指标已达到国家《污水综合排放标准》（ GB 8978— 1996），但由于 焦化废水中部分有机化合物 难以生化 降解，且 这些化合物中有些含有烯键、羧基、酰胺基、磺酰胺基、羰基和硝基等生色团，并且含有 — NH — NHR、 — NR、 — OR、 — OH和 — SH等助色团。 所以 COD和色度等指标常常超标，需要进行三级处理。 焦化废水深度处理技术 焦化废水经过预处理和生化处理后，废水中的 COD、氨氮、色度等浓度都有极大的降低，出水大部分指标已达到国家《污水综合排 放标准》（ GB 8978—1996），但 COD和色度等指标常常超标，需进一步深度处理。 目前，焦化废水深度处理的方法主要有以下几种： 吸附法、化学氧化法、氧化塘法、固定生物化技术、粉末活性炭 生物法、折点加氯法。 此外还有混凝沉淀、光催化氧化、电化学氧化等，但大都处于实验阶段。 吸附法 吸附法处理废水，是利用多孔性吸附剂活性炭、粉煤灰、分子筛等，吸附废水中的一种或几种溶质，使废水得到净化。 吸附法用在污水处理上，吸附剂吸附饱和时间较短，而吸附剂再生困难，因此这种方法处理成本高，不宜用在高浓度污水处 理。 用活性炭、分子筛吸附吨水处理成本高，目前用粉煤灰作为吸附剂处理焦化废水是最经济的。 用粉煤灰作为吸附剂处理焦化废水，通过对粉煤灰进行改性，其处理效果更好。 滕宗焕等 [14]阐述了粉煤灰的改性方法：火法活化改性、 本科生毕业论文 第 9 页 酸性活化改性、氧化钙活化改性、聚二甲基二烯丙基氯化铵活化改性等。 周静等[15]用粉煤灰一生石灰组合工艺对废水中的氨氮去除进行实验。 在 l00mL焦化废水中，粉煤灰的最佳用量为 15g，生石灰的最佳用量为 ，粒径范围在 100目以上的粉煤灰对氨氮的去除率最高，由于粉煤灰中 100目以上的颗粒占 70％以上 ，处于经济目的，可以直接用未筛选的粉煤灰作为吸附剂。 pH值在 5左右，氨氮去除效率在 70％以上。 振荡时间以 1h为宜。 化学氧化法 化学氧化法是转化采废水中污染物的有效方法 , 能将废水中呈溶解态的无机物和有机物转化为微毒无毒物质或转化成容易与水分离的形态 , 分为氧化剂氧化法 , 臭氧氧化法和湿式催化氧化法。 (1)氧化剂氧化法是指利用强氧化剂氧化分解废水中的有机物等污染物质以达到净化废水的一种方法。 (2)臭氧氧化法是指利用臭氧在水中产生的强氧化物质氧化水中的有机物等污染物质以达到净化废水的一种方法。 (3)催化湿式氧化技术是将待处理废水置于密闭容器中 , 在一定的温度 压力下通人空气或氧气作为氧化剂 , 同时加人催化剂 , 让废水中有机物彻底氧化分解的技术。 该技术可降低反应温度 反应压力 ,加速反应 , 提高反应效率。 氧化塘法 [1618] 氧化塘法对污水的净化过程与自然界水体的自净过程相似，是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理法。 焦化废水进入塘中，水中的污染物与氧化塘中的细菌、 藻 类 和原生动物等发生复杂的生物、物理、物理化学变化，从而达到去除污染物的目的。 氧化塘法处理焦化废水，受焦化废水中 COD、温度、 pH值等影响较大。 若在焦化废水中混入一些生活污水，提高焦化废水的可生化性， COD和氨氮的去除率均能有所提高。 氧化塘法的优点是工程简单，建设投资省，运行成本底，维护方便；缺点实污水净化效果在很大程度上受污水中温度、 COD、 本科生毕业论文 第 10 页 pH值的影响。 固定化生物技术 [1920] 固定化微生物技术是将微生物固定后使用的一种技术，是近年来发展起来的新技术，可选择性地固定优势菌种，针对性的处理含有难降解的有机毒物废水。 经过驯化的优势菌种对喹啉、吡啶、异喹啉的降解能力比普通的活性污泥高 25倍。 缺点是， 实际废水是一个十分复杂的混合体系，用单一菌种处理，很难达到实际要求。 因此，对于复杂的废水体系，是采用混合菌，还是单一高效菌分级处理，有待进一步探索。 此外微生物优势菌体系的选择也十分重要。 固定化微生物技术是针对现有生物脱氮技术主要存在的四个方面问题而提出的： (1)硝化细菌是自养细菌，生长缓慢，世代周期长，在混合培养的活性污泥系统中无法与异养细菌竞争，难以取得优势； (2)硝化细菌易受外界环境影响，对环境冲击尤其是毒物冲击非常敏感，而系统重新启动又相当困难； (3)硝化和反硝化过程难以在时间和空间上统一，脱 氮效率低，造成生物脱氮这一多步骤生物催化反应受基质传递速率、底物和产物抑制等限制； (4)当废水中有机碳缺乏的时候，必须添加外碳源进行生物脱氮，出水中的剩余有机物，还需要进行再曝气处理，既消耗动力又浪费资源。 粉末活性炭 — 生物法 [21] 该法是直接向曝气池中加粉末活性炭，粉末活性炭具有较强的吸附能力，而曝气池中微生物具有较强的氧化有机物的能力，两者结合起来可以发挥物理吸附和生物氧化的综合处理能力，强化生化处理过程。 该法可以改善处理系统的稳定性，增加曝气池耐冲击能力，提高难生物降解有机物的去除率， 并可改善污泥的沉降性能，增加曝气池内污泥的浓度，提高处理效果。 它的主要缺点是粉末活性炭价格较贵，且再生复杂，废水处理费用高。 本科生毕业论文 第 11 页 折点加氯法 将氯气通入水中达到临界点，在该点水中游离氯含量最低而氨的浓度降为零，当氯气浓度超过该点时，水中的游离氯就会增加。 因此，把该点称为折点，该状态下的氯化称为折点氯化。 折点氯化的机理为氯气与氨反应而生成无害的氮气。 折点加氯法可以用作一个单独的工艺预处理焦化废水，也可以对焦化废水生化出水进行处理，补充生化处理的不足。 氯化法反应迅速，投资成本小，但液氯的运输和储存都要求 严格，且处理成本高。 若改用二氧化氯或者次氯酸钠代替液氯的使用，尽管安全问题和运输储存问题得到了解决，但是产生的氯含量太小，由此带来的处理成本更高。 折点加氯法的缺点是加氯量比较大，费用高。 在处理过程中，每氧化 lmol的氨氮会带来 4mol酸，为了中和产生的酸，需要投加大量的碳酸钙，从而使废水中总的溶解性固体的含量提高。 另外，折点加氯法处理焦化废水，由于废水中除氨氮以为还有大量的无机还原物质，以及大量的有机物都需要消耗氧化剂，为了保证反应的完全进行，需要投加的氯量远大于实际的理论计算值。 本研究的意义 及内容 在焦化废水深度处理中，焦化废水脱色一直是焦化废水处理中存在的一个难题。 这主要是因为，焦化废水中部分有机化合物 难以生物 降解， 这些化合物中有些含有烯键、羧基、酰胺基、磺酰胺基、羰基和硝基等生色团，并且含有 — NH— NHR、 — NR — OR、 — OH和 — SH等助色团。 它们的相互作用造成生化出水色度仍然很高。 此外，这些基团都是极性的，因此使出水中有机物易溶于水，并有可能使烷烃化合物发生乳化，在水中发生高度的分散作用。 从而生成难于脱色的水溶液或胶体溶液 [22]，同时也造成了 COD等污染物难以去除。 根据目前焦 化废水的处理现状，可以发现大多数企业二级生化处理出水中污染物指标仍然很高，尤其是 COD和色度，远远超过《污水综合排放标准》 （ GB 8978— 1996） 要求。 因此需要对二级生化出水进行深度处理。 混凝是常用的深度处理方法，常用的混凝材料有无机混凝剂、有机混凝剂以及粘土矿物等。 由于焦化废水中污染物成份复杂，在实际应用中单纯的采用常规的无机混凝剂用量大，易受 本科生毕业论文 第 12 页 环境影响，难以达到预期的处理效果且产生污泥量大；而采用有机絮凝剂虽然脱色效果很好，但价格高昂、本身难降解，大大增加了焦化废水的处理成本，难以推广应用。 近年来， 天然类粘土矿物在环境工程领域内。