厌氧—好氧间歇工艺处理煤气化废水的试验研究

【摘要】：我国“富煤、贫油、少气”的能源特点决定了煤气化产业的快速发展。但同时，如何对排放的生产废水进行有效的处理也成为了制约其发展的瓶颈。煤气化废水主要来自于高浓度的煤气洗涤废水，含有大量的酚类、氨氮、芳香烃类和杂环类、氰化物等有毒有害物质，水量大，水质复杂，污染物浓度高，对人体和环境都危害较大。生物处理与深度处理技术联用是煤气化废水处理发展的方向，但在长期的实践中发现现有生物处理技术往往存在出水效果不理想、污泥量大、系统稳定性差、工艺流程长、占地面积大、处理成本高等问题，且实验室规模研究中往往采用人工配水研究其处理效果和降解机制，结果并不能代表对实际废水的处理功效，难以有效地指导实际工程。本课题采用厌氧水解酸化-好氧组合工艺处理煤气化废水，分别利用了水解酸化和好氧菌群各自不同的降解特性，强化了总体处理效果。试验用水采用经酚氨回收后的实际煤气化废水，研究了污染物在各段的去除效果和水解酸化预处理的实际功效，建立了污染物降解动力学模型，得出了水解酸化过程碳平衡分布图，并通过GC-MS方法进一步解析各种有机物的厌氧好氧降解规律。 系统进水COD为950-1200mg/L，总酚为190-240mg/L，挥发酚为83-115mg/L，氨氮为80.8-110.4mg/L，经水解酸化48h-好氧48h处理后，出水COD、总酚、挥发酚、氨氮的总去除率分别为59.6±0.6%，84.6±1.4%，99.8±0.2%和98.7±1.2%，厌氧段对COD和挥发酚的去除贡献较大，去除了约69.5±1.9%的COD和98.6±1.4%的挥发酚，挥发酚在厌氧段被基本去除；水解酸化24h-好氧48h对COD、总酚、挥发酚、氨氮的总去除率分别为65.1±1.0%，79.6±2.0%，99.5±0.5%，99.0±0.9%，由于水解酸化时间缩短，在好氧段去除的COD、总酚、挥发酚所占的比例均有所上升，大部分总酚的去除转由好氧段完成。通过对污泥的不断驯化，系统污染物去除效率大幅提升，缩短了运行周期，降低了运行成本。 系统氨氮处理效果良好，出水低于0.5mg/L，远低于现有的煤气化废水生物处理实例，在氨氮去除方面具有很大的优势，这主要是因为水解酸化段的预处理作用减轻了好氧段负担并削弱了对硝化菌的毒害和抑制作用。该废水中挥发酚约占总酚含量的37.7%-56.9%，挥发酚的去除率可达到100%，效果明显高于总酚，是该系统中酚类化合物减少的最主要成份。试验条件下该体系COD、总酚、挥发酚和氨氮的水解酸化和好氧降解均符合一级反应动力学特征。 碳源去向实验表明，水解酸化反应48h，气相甲烷含量较高，液相IC较低，体系已经进入产甲烷阶段，有机物主要经甲烷化作用去除；水解酸化24h，水解酸化变为体系的主导阶段，有机物主要由水解酸化方式去除。 GC-MS结果表明，进水最主要的污染物是酚类，其次是羧酸类、酮类、烷烃类和杂环类化合物。经生物处理后，大部分的酚、羧酸和酮类得以降解，而一些结构复杂的杂环、多环、脂类、烷烃类和胺类则残留下来，难以生化处理，这也体现在该工艺虽然对各有机物有较高的去除率，但出水COD约为370mg/L，总酚约为30mg/L，仍高于国家排放标准，后续还需进行深度处理。 【关键词】：煤气化废水 生物降解 水解酸化 碳平衡 降解动力学
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X784
【目录】：

• 附件5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 目录11-13
• 第一章 绪论13-32
• 1.1 煤气化技术的发展背景13-14
• 1.2 煤气化废水的来源和特征14-15
• 1.3 煤气化废水处理技术研究进展15-32
• 1.3.1 物化预处理15-17
• 1.3.2 生化处理17-25
• 1.3.3 深度处理25-31
• 1.3.4 各种工艺的优缺点31-32
• 第二章 研究意义、方案及内容32-36
• 2.1 研究意义32-33
• 2.2 研究方案33-34
• 2.2.1 试验工艺流程图33
• 2.2.2 试验技术路线33-34
• 2.3 研究内容34-36
• 第三章 厌氧反应器污染物降解性能36-48
• 3.1 试验装置与材料36-37
• 3.1.1 试验装置36
• 3.1.2 试验用水和接种污泥36-37
• 3.2 水质分析项目及方法37-38
• 3.2.1 水质分析项目37-38
• 3.2.2 试验方法38
• 3.3 试验结果与讨论38-47
• 3.3.1 厌氧水解酸化时间的确定38-39
• 3.3.2 厌氧水解酸化对 COD 的去除效果39-40
• 3.3.3 厌氧水解酸化对总酚、挥发酚的去除效果40-41
• 3.3.4 厌氧水解酸化段 pH 变化情况41-42
• 3.3.5 厌氧水解酸化污染物降解动力学模型42-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 好氧反应器污染物降解性能48-60
• 4.1 试验装置和材料48-49
• 4.1.1 试验装置48
• 4.1.2 试验用水和接种污泥48-49
• 4.2 水质分析项目及方法49-50
• 4.2.1 水质分析项目49
• 4.2.2 试验方法49-50
• 4.3 试验结果与讨论50-59
• 4.3.1 好氧反应时间的确定50
• 4.3.2 好氧 COD 去除效果50-51
• 4.3.3 好氧总酚、挥发酚去除效果51-52
• 4.3.4 好氧氨氮去除效果52-53
• 4.3.5 好氧 pH 变化情况53-54
• 4.3.6 好氧三氮转化54-55
• 4.3.7 好氧污染物降解动力学模型55-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 有机物在水解酸化-好氧系统中的降解机制研究60-77
• 5.1 试验装置和试验方法60-62
• 5.1.1 水质的 GC-MS 分析60-61
• 5.1.2 碳源去向试验61-62
• 5.2 试验结果与讨论62-74
• 5.2.1 系统总污染物去除效果62-64
• 5.2.2 水质的 GC-MS 分析64-71
• 5.2.3 水解酸化碳源去向分析71-74
• 5.3 酚类化合物的厌氧代谢途径74-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 结语77-80
• 6.1 结论77-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-86
• 致谢86-87
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文87

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