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吹脱-MAP-两相厌氧联合工艺处理苯胺基乙腈生产废水试验研究

作　者: 张茂申
导　师: 龙腾锐；方俊华
学　校: 重庆大学
专　业: 市政工程
关键词: 吹脱 磷酸铵镁法(MAP) 两相厌氧 处理 苯胺基乙腈生产废水
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


苯胺基乙腈是一种染料中间体,在其生产过程中会产生含大量氨氮的高浓度有机废水。该废水成份复杂,可生化性低,是一种难生物降解的化工废水。为了除去该废水中的高浓度氨氮以利于后续生化处理,本研究采用吹脱-磷酸铵镁沉淀法（MAP）对废水进行脱氮预处理,然后将预处理后的废水进入两相厌氧反应器,考察两相厌氧工艺在处理该废水时的启动、分相特性,对两相厌氧动力学进行分析和研究,得到两相厌氧工艺处理苯胺基乙腈生产废水的动力学方程,同时对两相厌氧处理后的出水进行了好氧处理的可行性研究。此外,还对两相厌氧工艺中微生物种群多样性进行了分析。苯胺基乙腈生产废水中的氨氮浓度高达7000mg/L12000mg/L,若直接用MAP沉淀法处理会消耗大量化学药剂导致单位处理成本过高,并且处理效果不理想。对高浓度氨氮废水先进行吹脱可以降低氨氮浓度,同时还可以回收氨氮。经试验研究,吹脱法处理苯胺乙腈生产废水氨氮的最佳条件为:吹脱时间为180min,吹脱温度为70℃,气水比为2000:1,吹脱pH为11。吹脱出水的氨氮浓度为1000mg/L1500mg/L,吹脱对废水的COD去除率为5.8%左右,废水颜色由吹脱前的亮棕色转为深黑色。采用MgO和H3PO4作为MAP沉淀药剂,对吹脱出水进行正交试验得到MAP法去除氨氮的条件为:氧化镁与氨氮计量比为2.5:1,氨氮与磷酸计量比为1:1.2,反应pH为9.5。此时出水氨氮浓度为100mg/L150mg/L,出水的残磷量为1520mg/L,可以补充后续生化处理所需的磷元素。研究中发现生成物不易沉降,分析认为可能是废水中的疏水性物质附着于小颗粒沉淀表面,颗粒之间不易接触不能形成较密实的沉淀所致,研究中将药剂投加方式改为预配制糊状沉淀剂投加,该问题得到解决。本研究利用重庆钢铁集团焦化厂废水处理站的兼氧污泥作为种泥进行接种,将未经氨氮预处理的原废水稀释后对污泥进行驯化。保持进水COD浓度为500mg/L,对污泥进行了12d的兼氧驯化和10d的厌氧适应驯化;污泥在22d内经历了底物类型与环境条件的变化,对苯胺基乙腈生产废水的降解作用逐渐增强,反应器在第22d对COD的去除率为50%左右。22d后反应器转入厌氧负荷驯化状态,在低负荷驯化段（进水COD=5001000mg/L）反应器对COD的去除率为60%左右;在中负荷驯化段（进水COD=10002000mg/L）反应器对COD的去除率为80%左右;在高负荷驯化段（进水COD>2000mg/L）反应器对COD的去除率为80%左右,但随着进水浓度的继续增加,COD去除率下降至60%左右,此时进水中的氨氮浓度已达470mg/L以上,说明氨氮已对微生物产生抑制作用,所以后续工艺必须将废水中氨氮浓度降低再进入两相厌氧反应器。分相研究中,向酸化反应器中投加2mol/LNa2MoO4做为甲烷菌抑制剂,连续投加3天。分相过程中,出水pH由8降至7,出水VFA由400mg/L升至800mg/L左右,出水碱度（以CaCO3计）从800mg/L降至400mg/L左右。分相期间酸化反应器的COD去除率略有下降,但很快恢复正常。用脱氮预处理的废水稀释后进行两相厌氧负荷试验,当进水COD浓度为7058mg/L时,两相厌氧反应器处理效率达到最高,COD去除率为55%,其中水解酸化反应器、一级产甲烷反应器、二级产甲烷反应器的去除率分别为11.1%、17.4%、25.1%。将两相厌氧处理出水稀释至COD浓度为1000mg/L进行好氧处理可行性研究,水力停留时间为16h,COD去除率为61.3%,色度去除率为76.1%。以Nerfeld修正Monod方程作为两相厌氧工艺处理苯胺基乙腈生产废水动力学模型,通过Origin软件自定义曲线拟合得到产甲烷相一级、二级反应器及两相厌氧系统的动力学方程。利用PCR-TGGE技术对两相厌氧反应器内污泥进行了微生物菌群变化研究,通过接种污泥与不同反应器内驯化后的污泥对比得出以下结论:驯化过程极大改变了接种污泥的菌群丰度与结构,水解酸化反应器内1至4格污泥、两级产甲烷反应器内污泥与接种污泥的相似度分别为48.0%、48.2%、59.7%、56.8%和50.6%、50.2%;非公制多尺度分析（NMDS）表明水解酸化过程前期污泥结构差异较大,后期差异较小,两级产甲烷过程污泥差异相对较小。

全文目录


中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
1 绪论  10-22
  1.1 高浓度难降解有机废水处理现状  10-16
    1.1.1 高浓度难降解有机废水分类  10
    1.1.2 高级氧化技术  10-12
    1.1.3 电化学法  12-13
    1.1.4 生物化学法  13-16
  1.2 苯胺基乙腈生产废水来源及特性  16-17
    1.2.1 废水的来源  16-17
    1.2.2 废水的水质  17
  1.3 苯胺基乙腈废水处理研究现状  17-19
  1.4 课题的提出  19-22
    1.4.1 课题研究的目的与意义  19
    1.4.2 课题的研究内容  19-20
    1.4.3 课题的技术路线  20-22
2 废水中高浓度氨氮预处理  22-47
  2.1 概述  22-27
    2.1.1 废水中高浓度氨氮来源与危害  22-24
    2.1.2 高浓度氨氮的预处理方法  24-27
  2.2 吹脱试验设计  27-29
    2.2.1 试验水样  27-28
    2.2.2 试验条件  28
    2.2.3 试验检测项目及方法  28-29
    2.2.4 试验方法  29
  2.3 吹脱试验过程与结果分析  29-34
    2.3.1 最佳吹脱时间的确定  29-30
    2.3.2 最佳吹脱温度的确定  30-32
    2.3.3 最佳气水比的确定  32-33
    2.3.4 最佳吹脱pH 的确定  33-34
    2.3.5 吹脱对废水性质的影响  34
  2.4 MAP 试验设计  34-35
    2.4.1 试验水样  34-35
    2.4.2 试验条件  35
    2.4.3 试验检测项目及方法  35
    2.4.4 试验方法  35
  2.5 MAP 试验过程与结果分析  35-44
    2.5.1 最佳反应pH 的确定  35-37
    2.5.2 沉淀药剂的确定  37-39
    2.5.3 试验中的问题及解决方案  39-40
    2.5.4 正交试验结果分析  40-44
  2.6 吹脱－MAP 联合工艺对氨氮的去除效果  44-46
  2.7 本章小结  46-47
3 两相厌氧基础理论  47-56
  3.1 传统厌氧法基础理论  47-49
    3.1.1 厌氧法理论发展过程  47
    3.1.2 厌氧消化过程中细菌种群间的关系  47-49
  3.2 两相厌氧工艺的特点与适用范围  49-51
    3.2.1 两相厌氧工艺特点  49-50
    3.2.2 两相厌氧工艺适用范围  50-51
  3.3 两相厌氧工艺的相分离  51-52
    3.3.1 产酸菌与产甲烷菌的生存环境  51
    3.3.2 相分离的方法  51-52
  3.4 两相厌氧工艺处理高浓度难降解废水  52-56
    3.4.1 难降解废水的来源及生物降解原理  52-55
    3.4.2 两相厌氧处理难降解废水的研究现状  55-56
4 两相厌氧试验研究  56-98
  4.1 两相厌氧试验设计  56-61
    4.1.1 试验水样  56
    4.1.2 试验条件  56-60
    4.1.3 试验检测项目及方法  60-61
  4.2 反应器的启动  61-62
    4.2.1 污泥接种  61
    4.2.2 驯化方法与过程  61-62
  4.3 反应器启动结果与分析  62-67
    4.3.1 兼氧期两相厌氧反应器的处理效果  62
    4.3.2 兼氧期单元反应器的处理效果  62-64
    4.3.3 厌氧期两相厌氧反应器的处理效果  64-65
    4.3.4 厌氧期单元反应器的处理效果  65-67
    4.3.5 两相厌氧反应器启动产气分析  67
  4.4 两相厌氧反应器的相分离试验设计  67-70
    4.4.1 相分离的方法  67-69
    4.4.2 相分离的操作过程  69-70
  4.5 两相厌氧反应器的相分离试验结果分析  70-72
    4.5.1 相分离过程中pH 的变化  70
    4.5.2 相分离过程中VFA 的变化  70-71
    4.5.3 相分离过程中碱度的变化  71-72
    4.5.4 相分离过程中COD 去除效果的变化  72
  4.6 两相厌氧动力学研究  72-84
    4.6.1 水处理动力学研究内容  72-73
    4.6.2 厌氧生物处理动力学原理  73-77
    4.6.3 两相厌氧处理苯胺基乙腈生产废水动力学模型  77-84
  4.7 两相厌氧生物群落变化分析  84-96
    4.7.1 TGGE 技术原理  84-85
    4.7.2 试验内容  85-89
    4.7.3 试验结果分析与讨论  89-96
  4.8 本章小结  96-98
5 厌氧出水的好氧处理可行性探索试验  98-102
  5.1 好氧试验设计  98-99
    5.1.1 试验水样  98
    5.1.2 试验条件  98-99
    5.1.3 试验方法  99
  5.2 好氧试验结果与分析  99-101
  5.3 本章小结  101-102
6 结论及建议  102-105
  6.1 试验结论  102-104
  6.2 建议  104-105
致谢  105-106
参考文献  106-114
附录  114

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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