悬浮聚合法聚氯乙烯离心母液的生化处理研究

摘要

近十年来，聚氯乙烯(PVC)生产量不断增加，但是PVC生产过程中需要大量的淡水资源，同时释放出相当数量含有害物质的生产废水(即PVC离心母液)，对环境和淡水资源供应造成了严重威胁，因此很有必要采取有效措施进行水污染控制和水循环利用。目前国外还没有该类废水处理的报道，国内大部分生产企业一般将离心母液混合其他废水经简单处理排放。探索并研制高效处理工艺，以实现聚氯乙烯离心母液的达标排放和循环利用，对该行业的可持续发展具有重要的意义。 本文首先分析了悬浮法聚氯乙烯离心母液的来源和特性，并对国内外的治理现状进行了介绍。通过对各种离心母液处理方法的分析比较，提出了生化工艺处理该类废水的方案。为此我们在天津乐金大沽化学有限公司生产现场，以实际工业生产废水作为处理对象，对两套生化处理工艺(单一好氧工艺、厌氧—好氧工艺)进行了为期两年的系统研究。具体内容和结果如下： 1.废水水质分析是实施废水排放治理的前提和基础。目前离心母液化学成分的确定大都是从聚氯乙烯工艺流程推测得出，并没有科学的依据。本研究采用多种分析手段，首次完成PVC离心母液化学成分的定性定量分析，为该类废水处理方法的合理选择提供了有利的依据。结果表明：聚氯乙烯离心母液中的主要有机物是双酚A，而不是有关文献所说的聚乙烯醇(PVA)。 2.采用自我设计的4级内循环式好氧生物膜反应器串联新工艺(单一好氧工艺)对悬浮法PVC离心母液废水进行中试试验，研究了不同停留时间下系统对有机物和浊度的处理效果以及系统的抗冲击能力；观察了生物膜的生长和发展规律；对影响系统稳定运行的主要因素(悬浮物、摇蚊幼虫和营养物)进行了分析，并提出了相应的控制措施，根据运行数据，得出各级反应器内基质降解动力学模型。最后对该工艺的工程化概况进行了介绍。该研究为PVC离心母液以及类似废水的处理工程设计和运行管理提供了理论依据，具有重要的实用价值和指导作用。 a)试验结果表明：该工艺启动迅速，在HRT为14h时，废水COD总去除率可达75％以上，出水COD浓度低于50mg/L，完全可以达到排放标准，也可经深度处理回用于生产。 b)根据基质降解动力学模型，得出该废水中不可生物降解的基质浓度在20mg/L左右，分别测得各反应器内的Ks为：439.7、146.2、43.36、15.43mg/L，Umax值72.92、20.79、7.22、4.18g/(m2·h)。 c)该工艺工程化运行结果表明：离心母液经过处理，COD去除率在85％以上，出水COD在50mg/L以下，完全达到排放标准；生化出水经过砂滤、臭氧氧化、活性炭过滤等深度处理后，各项指标(COD、pH、浊度、电导率)均达到回用要求。回用水的处理费用低于自来水基本水费(天津)，回用水和自来水制备脱盐水的吨水费用比较表明，回用水更占优势。 3.为提高离心母液的可生化性能以获得更好的处理效果，在采用单一好氧工艺处理离心母液的试验基础上，我们又采用厌氧—好氧工艺处理离心母液的试验研究。在该研究中，着重考察了厌氧装置(EGSB反应器)的运行状况和颗粒污泥的生物特性，以探讨EGSB反应器处理低浓度难降解化工废水的可行性。最后根据实验结果，把厌氧—好氧工艺与单一好氧工艺进行对照，并对两种工艺进行比较、评价。具体试验结果如下： a)FGSB反应器采用消化污泥和颗粒污泥混合接种，在40d内即启动成功；投加易生化物质、启动之初即采用较高水力负荷有利于反应器的快速启动；有机物的去除主要集中在污泥区；温度对EGSB反应器的运行影响较大。 b)在反应器运行半年后，EGSB反应器中颗粒污泥的形状、颜色、粒径分布、沉降速度、元素成分等方面都发生了的变化；污泥最大产甲烷活性为115ml/(gVSS·d)；通过扫描电镜，在颗粒污泥表面观察到一些丝状菌和短杆菌等，但菌体密度不高；营养物质对颗粒污泥活性影响十分明显。 c)采用EGSB反应器与内循环式好氧生物膜反应器串联工艺对离心母液废水进行处理，在控制温度35±2℃条件下，当EGSB反应器HRT为8h，好氧反应器HRT为6h时，系统总的TOC去除率可以达到95％以()。厌氧段去除了50％左右的TOC，同时提高了厌氧出水的可生化性。与单一好氧工艺相比，厌氧—好氧工艺在处理效果稍占优势，但需要较为严格的控制条件和较高的运行管理水平。 4.采用液相色谱对各级反应器出水进行了分析，并对双酚A的降解途径进行了初步探讨

目录

文摘

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第一章前言

第一节选题背景和意义

第二节本文研究内容

1.2.1 PVC离心母液中化学成分分析方法的确立及分析结果

1.2.2单—好氧工艺处理PVC离心母液的实验研究

1.2.3厌氧—好氧工艺

1.2.4双酚A的降解途径的初步探讨

第二章文献综述

第一节悬浮聚合法聚氯乙烯离心母液处理的研究进展

2.1.1聚氯乙稀工业发展概况

2.1.2悬浮法聚氯乙烯化工离心母液的来源及其水质特征

2.1.3悬浮法聚氯乙烯离心母液处理技术应用与研究进展

第二节低浓度污水的处理工艺选择

2.2.1低浓度污水的概念

2.2.2厌氧生物法处理低浓度污水

2.2.3好氧生物法处理低浓度污水

2.2.4好氧技术与厌氧技术组合的必然性与可行性

第三章离心母液内化学成分的定性定量分析

第一节分光光度法测定离心母液中PVA含量

3.1.1测定原理

3.1.2仪器与试剂

3.1.3标准曲线的绘制

3.1.4离心母液中PVA含量的测定

第二节高效液相色谱法定性定量检测离心母液所含有机物

3.2.1实验部分

3.2.2实验结果

第三节离心母液内成分探讨

3.3.1终止剂在PVC生产中的作用

3 3.2提高PVC树脂热稳定性的方法及优缺点

3.3.3离心母液的主要污染物

第四节离心母液化学成分确定的意义

第五节本章小节

第四章好氧工艺处理离心母液的实验研究

第一节研究内容

第二节实验材料和实验方法

4.2.1试验水质

4.2.2工艺流程及装置

4.2.3分析项目及方法

4.2.4试验装置的启动和运行的工况条件

第三节启动及其运行结果

4.3.1不同水力停留时间下的COD去除效果

4.3.2进出水的pH值

4.3.3进出水的SS和浊度

4.3.4 COD在各级反应器内的去除率

4.3.5负荷冲击影响

4.3.6多级处理流程的效果

第四节 生物膜状况

4.4.1生物膜外观

4.4.2微生动物的组成与分布

4.4.3生物膜上的优势菌种

第五节各级反应器出水的液相色谱谱图变化

第六节处理运行的影响因素与调控

4.6.1 SS对生化处理的影响及清除

4.6.2填料上摇蚊幼虫的大量生长与清除

4.6.3添加氮源与磷源对处理效果的影响

第七节生物降解动力学

4.7.1动力学模型公式

4.7.2本实验动力学模型公式

4.7.3动力学常数的求定

第八节离心母液处理及回用的工程化概况

4.8.1废水水质及回用要求

4.8.2废水处理及回用工艺流程

4.8.3主要处理构筑物的设计参数(表4.6)

4.8.4工程调试及运行结果

4.8.5效益分析

第九节聚氯乙烯行业水资源工业生态化规划

第十节本章小结

第五章厌氧—好氧工艺处理离心母液的实验研究

第一节研究内容

第二节实验材料和实验方法

5.2.1废水水质

5.2.2试验装置及流程

5.2.3分析项目及方法

5.2.4接种污泥

第三节实验过程及结果分析Ⅰ——EGSB反应器的运行状况

5.3.1反应器启动与污泥驯化

5.3.2负荷运行阶段

5.3.3稳定运行阶段

5.3.4影响因素

5.3.5讨论

5.3.6本节小结

第四节实验过程及结果分析Ⅱ——EGSB反应器内的污泥性质

5.4.1颗粒污泥的颜色及形状

5.4.2颗粒污泥的粒径分布

5.4.3颗粒污泥的沉降性能

5.4.4颗粒污泥的微观结构观察

5.4.5颗粒污泥内化学元素分析

5.4.6颗粒污泥的产甲烷活性及F420的测定

5.4.7颗粒污泥活性的影响因素

5.4.8本节小结

第五节实验过程及结果分析Ⅲ——厌氧-好氧工艺的处理效果

5.5.1厌氧-好氧工艺处理效果

5.5.2厌氧段在厌氧-好氧系统中的作用

5.5.3厌氧—好氧工艺与单—好氧工艺的比较

5.5.4本节小结

第六章各反应器出水液相分析及双酚A降解途径的探讨

第一节双酚A及其污染概况

第二节双酚A在各级反应器内的降解情况

6.2.1厌氧—好氧工艺中双酚A的降解情况

6.2.2单一好氧工艺中双酚A的降解情况

第三节双酚A的降解机理

第四节双酚A废水处理展望

第七章结论与建议

第一节试验结论

7.1.1离心母液内化学成分的定性定量分析结论

7.1.2单一好氧工艺试验结论

7.1.3厌氧—好氧工艺试验结论

第二节论文创新

第三节进一步研究的建议

致谢

参考文献

附录

在学期间发表的学术论文及研究成果