流化床A/O/O工艺对焦化废水生物脱氮过程的分析及尾水深度处理研究

摘要

焦化废水是有毒、有害、难降解的高浓度有机废水,处理难度大,传统的活性污泥法对废水中的COD和NH3-N去除效果较差,难以满足外排要求。为了满足废水排放指标对COD和NH3-N的要求,有效降解焦化废水中氨氮、酚类化合物、多环与杂环化合物,课题组承担的2000 m3·d-1韶钢焦化废水一期工程采用自主设计的厌氧-两级好氧生物流化床耦合的生物强化脱氮工艺,在64 h的HRT下,NH3-N、COD去除效果良好,出水全面稳定达到国家一级标准。为实现减排/回用的目的,实验室进行活性炭吸附和活性炭纤维催化O3催化氧化对焦化废水尾水进行深度处理,探讨各种处理方法的可行性。 焦化废水经过A/O/O生物流化床处理后,COD、挥发酚、氰化物和氨氮的去除率分别达到86.8％、99.9％、94.3％和80.6％。废水在厌氧池A中由于氨化作用使部分有机物中的含氮基团转化为氨氮进入废水,使得氨氮浓度提高37.0％；O1池中微生物生长以及硝化作用的存在使得氨氮降低59.8％；经过O2加强硝化作用可去除氨氮64.8％,出水平均氨氮浓度仅为19.64 mg·L-1。焦化废水中含氮有机物经过A、O1处理以后,异喹啉、吡啶、喹啉酚、吲哚、甲乙二苯胺等开始降解；在O2出水中未能检测到异喹啉、2-甲喹啉、吡啶、吲哚类、吖叮酮及部分胺类化合物。可以证明包括该类含氮有机物的大多数在经过厌氧或好氧过程后可发生不同程度的降解,它们的代谢途径随反应条件及菌种不同而不同。 TOC浓度为40.0～60.0 mg·L-1的焦化废水生物处理尾水,投加1.000 g·L-1的广东鸿生300活性炭,TOC的吸附容量为(37.2±7.8)mg·g-1。吸附过程中pH值表现为负效应；长链烃、苯系物、卤代物等非极性有机物和酚类等酸性有机物在pH<8.0时吸附效果较好,胺类等碱性有机物在碱性条件易于被吸附；TOC在活性炭上的吸附动力学符合拟二级动力学方程,吸附等温线符合linear方程,焦化废水生物处理尾水中残留的长链烃、卤代物、多环芳烃等难降解有机物可以通过吸附法分离去除,可明显降低工程处理出水的生物毒性。 ACF表面具有丰富的微孔结构和表面活性基团,能够迅速、高效吸附难降解有机污染物,2 g ACF经过30 min和60 min的吸附对4-氯酚的去除率分别达到79.8％和88.8％。ACF投加量2 g时,臭氧混合气体流速2.27 L·min-1。,反应20min后ACF-O3体系可彻底去除4-氯酚,而TOC去除率也高达80.6％：同样条件ACF-O3体系降解焦化废水尾水中惰性有机物的降解,反应60 min时的TOC去除率可达56.8％,色度去除率达96.3％,证明了ACF-O3体系对难降解有机物的催化氧化具有普适性。

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第一章绪论

1.1焦化废水的来源、组成及危害

1.1.1焦化废水的来源

1.1.2焦化废水的组成及特点

1.1.3焦化废水的危害

1.2焦化废水的处理技术及应用状况

1.2.1国外焦化废水处理发展简况

1.2.2国内焦化废水处理发展简况

1.2.3焦化废水主要的处理技术

1.3焦化废水处理存在的问题

1.4课题研究的目的和意义

1.5课题的研究内容

第二章生物流化床A/O/O与A/O/H/O组合工艺对焦化废水的生物脱氮过程分析

2.1生物脱氮的基本原理

2.1.1硝化过程

2.1.2反硝化过程

2.2生物脱氮工艺的现状

2.2.1活性污泥法脱氮传统工艺

2.2.2缺氧/好氧工艺(A/O工艺)

2.2.3厌氧/缺氧/好氧工艺(A/A/O工艺)

2.2.4改良A/A/O工艺

2.2.5氧化沟工艺

2.3生物脱氮理论和技术的新发展

2.3.1短程硝化反硝化

2.3.2同时硝化反硝化

2.3.3厌氧氨氧化

2.3.4反硝化除磷

2.4生物脱氮技术与工艺在焦化废水处理中的应用

2.4.1传统活性污泥法处理焦化废水

2.4.2缺氧/好氧(A/O)法处理焦化废水

2.4.3厌氧/缺氧/好氧(A/A/O)法处理焦化废水

2.5韶钢焦化废水生物流化床A/O/O工艺的脱氮分析

2.5.1工程概况

2.5.2废水水质及A/O/O生物脱氮系统工艺设计思想

2.5.3废水指标测试材料、仪器及方法

2.5.4工艺沿程主要污染物的浓度变化

2.5.5含氮有机物在各个生物单元中的存在情况及部分生物降解途径

2.6韶钢焦化废水生物流化床A/O/H/O工艺脱氮处理的预测

第三章焦化废水生物处理尾水中残余有机污染物的活性炭吸附及其机理

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验材料

3.2.2实验仪器

3.2.3实验方法

3.2.4分析方法

3.3实验结果与讨论

3.3.1活性炭对焦化废水尾水的吸附

3.3.2TOC去除率的影响因素

3.3.3活性炭吸附前后水样中有机物组成的变化分析

3.3.4吸附动力学

3.3.5吸附平衡及吸附热力学

3.3.6有机物种类及pH值对吸附过程的影响

3.3.7吸附过程机理分析

3.5本章小结

第四章 活性炭纤维上4-氯酚及焦化废水尾水的O3催化氧化降解试验研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1仪器和试剂

4.2.2实验方法

4.2.3分析方法

4.2.4计算公式

4.3结果与讨论

4.3.1高效液相色谱(HPLC)测定4-氯酚浓度的标准曲线

4.3.2 ACF吸附及协同催化O3去除溶液中4-氯酚

4.3.3焦化废水尾水的ACF-O3催化氧化

4.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢