生物活性炭在钢铁企业排水资源化利用中的研究

摘要

本论文主要进行了生物活性炭(BAC)技术在大型钢铁厂水资源循环利用中的应用研究，重点研究了生物活性炭技术的处理效果、影响因素、运行参数和反冲洗参数优化及生物影响，并就生物活性炭去除铁锰的机理做了分析和探讨。 生物活性炭滤柱在宝钢现场运行，挂膜成功后，对宝钢围厂河水污染物有较好的去除效果，当进水浊度、COD、氨氮、总磷、总铁和锰的平均浓度分别为17.6 NTU、13.6 mg/L、0.93 mg/L、0.2l mg/L、0.70 mg/L和0.54 mg/L时，出水平均浓度为3.11 NTU、6.72 mg/L、0.29 mg/L、0.16 mg/L、0.18 mg/L和0.12 mg/L。 生物活性炭运行的主要影响因素有空床接触时间、温度和溶解氧等。延长空床接触时间可以显著提高处理效果，当空床接触时间由30rain提高到60min时，浊度、COD、总铁和锰的平均去除率分别由78.7％、38.3％、70.1％和75.7％提高到90.9％、69.8％、86.2％和86.8％。大部分污染物的去除效果随温度的降低而下降，当温度从20℃～25℃下降到15℃以下时，浊度、COD、氨氮、总铁和锰的平均去除率分别下降了22.7％、13.9％、29.7％、18.9％和16.9％。溶解氧是影响COD和氨氮处理效果的主要因素之一，但对铁、锰的去除效果影响较小。 生物活性炭处理宝钢围厂河水的适宜工艺参数为：空床接触时间为45～60min、溶解氧5mg/L，左右、温度≥10℃、装置的滤层高度大于等于100cm。适宜的反冲洗参数为：滤层膨胀度为25％～30％，反冲洗时间为6～8min，反冲洗周期视季节与原水水质而定，一般为3～4d。 摇瓶试验中BAC去溶解性铁锰的效果明显好于AC，证实了生物除除锰作用的存在，因此铁锰的去除是由活性炭吸附，铁锰细菌催化氧化和过滤机理共同作用的。实验室BAC滤柱除铁试验证明溶解氧充足时，铁的去除主要依靠化学氧化和物理作用，部分依靠生物氧化，而锰的去除主要为生物氧化，生物去除贡献率约为62％。 宝钢现场的BAC成熟滤柱内铁氧化细菌量丰富，滤柱上部的数目为7.60×103cfu/g干炭，分离纯化三次后可得到一株纯菌，该菌可能为嘉氏铁柄杆菌(Gallionella)，为除铁的高效菌。铁锰的去除速率与滤层中铁锰离子浓度的一次方成正比。滤柱滤层内铁锰离子浓度与空床接触时间存在下列关系：ln(CFe0/CFe)=0.0lt＋0.1401，R2Fe=0.8746 和ln(CMno/CMn) =0.0228t＋0.1863，R2Mn=0.946。

目录

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声明

第1章绪论

1.1我国钢铁工业及其用水概况

1.1.1我国钢铁工业概况

1.1.2我国钢铁工业用水现状

1.1.3我国钢铁工业的资源化利用技术

1.1.4宝钢水资源利用现状

1.2生物活性炭技术

1.2.1生物活性炭技术的定义

1.2.2生物活性炭技术的原理与模型

1.2.3生物活性炭技术的应用研究

1.3水中铁锰去除技术

1.3.1空气自然氧化法

1.3.2接触催化氧化法

1.3.3生物固锰除锰技术

1.4问题与发展

1.5课题背景与意义

1.5.1课题背景

1.5.2理论意义与实际价值

第2章研究内容与方法

2.1研究目的与内容

2.1.1研究目的

2.1.2研究内容

2.1.3拟解决的关键技术

2.2试验材料与方法

2.2.1原水水质与来源

2.2.2试验装置与流程

2.2.3试验方法

2.2.4水质分析方法

第3章BAC处理围厂河水试验研究

3.1挂膜阶段研究

3.1.1挂膜阶段

3.1.2挂膜过程

3.2稳定运行阶段研究

3.2.1各污染物去除效果

3.2.2去除效果主要影响因素分析

3.2.3运行工艺参数选择

3.3反冲洗试验研究

3.3.1反冲洗强度

3.3.2反冲洗周期

3.3.3反冲洗时间

3.4微生物研究

3.4.1生物膜观察

3.4.2生物量及时空分布规律

3.4.3生物量对反冲洗的影响

3.5本章小结

第4章BAC中铁锰去除机理与动力学研究

4.1 BAC中铁锰去除机理研究

4.1.1溶解性铁锰的去除

4.1.2非溶解性铁锰去除

4.1.3铁锰去除机理

4.1.4铁锰去除生物作用

4.2 BAC中铁锰去除微生物研究

4.2.1生物除铁除锰细菌学

4.2.2铁细菌的计数与分离纯化

4.2.3铁细菌的鉴定

4.3 BAC中铁锰去除动力学研究

4.3.1莫诺方程式

4.3.2动力学模型

4.3.3表观动力学

4.4本章小结

第5章结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

致谢

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果