制膜工业高浓度有毒有害废水的无害化处理研究

摘要

制膜工业属于有机化工合成工业,生产废水中主要含有二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基乙酰胺(DMAC)等,因二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺具有强极性,具有化学稳定性,又具有生物毒性,所以制膜废水属于高浓度有毒有害难生化的工业废水。目前国内外对含DMF、DMAC废水处理多采用生化法、超临界水氧化法、光催化氧化、物化法,化学法等。生化法因DMF具有生物毒性而对其过程产生抑制作用,造成活性污泥解体流失;超临界水氧化法成本和运转费用过高;光催化氧化法在反应器设计和催化剂的固定化上也存在问题;物化法和化学法一般只适用单一成分的废水。所以,上述各种方法存在着一定的问题,又因为DMF和DMAC废水对环境污染严重,因此迫切需要寻找有效的无害化处理方法。
　　浙江某环境工程公司主要生产中空纤维膜,其生产废水中主要含DMAC、DMF等。公司污水站采用的兼氧+好氧+膜池处理工艺出水COD不能满足排放要求,故本课题探索一种新的处理方法,采用曝气铁炭微电解+复极电催化反应器+生物接触氧化联合工艺进行处理该企业废水。通过试验研究,其工艺是可行的,当原水 COD浓度为10000-20000mg/L-1时,经过联合工艺处理后最终出水可以达到国家污水综合排放一级排放标准(GB8978-1996)。
　　现场中试试验,结果表明:
　　以曝气铁炭微电解和复极电催化作为预处理废水中一些毒性物质转化为无毒性物质,大部分有机污染物在处理过程中得到去除。同时,废水由0.3以下提高到0.55以上。废水经物化法处理后厌氧接触氧化-好氧接触氧化工艺出水水质稳定,达到国家污水综合排放一级标准。
　　通过曝气铁炭微电解试验考察了影响处理效果的三因素:进水PH值、反应时间和曝气。当进水pH值为2-3,反应时间120min,在曝气情况下COD去除率提高5％-13%。
　　二级铁炭微电解反应器串联时 COD去除率有两次明显的跃迁。二次跃迁曲线的存在表明在处理含有机溶剂工业废水中曝气微电解进水pH值和水力停留时间是曝气微电解处理效果的主要影响因素。
　　复极电催化试验得出反应器在pH=6、水力停留时间为90-120min、槽电压为10V、极板间距为5cm,COD去除率达60%。复极电催化方法可以用于处理含强极性有机溶剂工业废水。
　　复极电催化反应过程可分为三个反应步骤:
　　A:电化学控制步骤,反应动力学公式为:（公式略）
　　B:扩散控制步骤,反应动力学公式为:（公式略）
　　C:混合控制步骤
　　在X0=L/U[U0-ln(1-be-at)]处分界,在X>X0处,反应过程由扩散步骤控制,反应符合扩散控制步骤动力学模式;在X　　中试试验过程中发现复极电催化反应器中阴阳两极板中间的填料自发胶结形成一层致密的感应电极,面向阳极的一面呈阴极性,面向阴极的一面呈阳极性,使之变成了一种双极式的复极电催化反应器。感应电极是在阴阳极板间电压平均分布、长时间不扰动填料和存在铁盐的情况下填料板结形成的。通过实验室试验验证人为添加薄铁板做感应电极可以提高反应器对有机物的去除率,在进水COD为6334mg?L-1、pH=6、阴阳极板间距为5cm和水力停留时间为60min时,添加薄铁板比不加薄铁板反应器对有机物的去除率的差距随着槽电压的提高有增大的趋势。
　　采用曝气铁炭微电解+复极电催化+生化联合工艺进行为期30d的连续稳定试验结果表明,进水COD为10000~20000mg?L-1,出水COD为11~96mg?L-1;进水BOD5为2000~4600mg?L-1,出水 BOD5<16mg?L-1;进水 NH3-N为0.2~5.2mg?L-1,出水NH3-N<5.0mg?L-1;进水TOC为4100~11986mg?L-1,出水TOC<20mg?L-1。出水达到国家污水综合排放一级排放标准,表明联合工艺不仅具有很强的抗冲击负荷能力,而且处理效果很好。
　　曝气铁炭微电解+复极电催化+生物接触氧化法联合工艺是处理制膜废水的一种新方法,为处理含强极性有机溶剂工业废水的无害化处理提供了一种有效途径。

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1 绪论

1.1 工业废水处理现状

1.2 微电解技术处理高浓度难生化有机废水的研究

1.3 电化学氧化处理高浓度难生化有机废水的研究

1.4 含有DMF、DMAC的高浓度有机废水的处理研究

1.5 本文研究的对象、目的、内容和思路

2 试验装置和方法

2.1 试验用水质

2.2 试验装置

2.3 水质指标和分析方法

3 曝气铁炭微电解处理DMF、DMAC废水试验研究

3.1 影响微电解处理效果的因素

3.2 曝气微电解对废水可生化性的影响

3.3 微电解处理工艺的连续运行

3.4 小结

4 复极电催化反应器处理含DMF、DMAC废水试验研究

4.1 实验室试验

4.2 现场中试试验

4.3 复极电催化反应器的数学模型的建立

4.4 小结

5 曝气铁炭微电解+复极电催化反应器+生物接触氧化处理 DMF、DMAC废水试验研究

5.1 试验用水水质和接种污泥

5.2 联合工艺运行结果分析

5.3 小结

6 结论和建议

6.1 试验结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附录A 中试试验现场照片

附录B 生化污泥照片

攻读学位期间的研究成果