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- 2022-04-22 13:49:10 发布
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'王程硕±学位论文::反雜浓缩水拠技术研巧'论专願目:‘六,jj‘‘;,环境工程^:.工程领域:3研究方向垄竺:论文作者曹国民教授:学校导师王建新胃工企业导师:20150503曰定稿日期:年月
学位论文使用授权声明本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅巧借阅。本人授权华东理工大学可W将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。保密论文在解密后遵守此规定。论文涉密情况:过不保密□保密,保密期(月至年月)_年_日____日_学位论文作者签名;指导老师签名;^日W日期:兴吹年y月日期;(炸巧日
分类号:;密级UDC:华东理工大学工程硕±学位论文反渗透浓缩水处理技术研究郝圣桶指导教师姓名:曹国民教授华东理工大学王建新高工上海水合环境工程有限公司申请学位级别:硕±工程领域:环境工程20巧.论文定稿日期.05.03论文答辩日期:2015.0522学位授予单位:华东理工大学学位授予日期:答辩委员会主席;刘勇弟教授评阅人:吕树光教授王建新高工
作者声明我郑重声明:本人恪守学术道德,崇尚严谨学风。所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研巧工作所取得的结果。除文中明确注明巧引用的内容外。论文为本人亲自撰写,,本论文不包含任何他人已经发表或撰写过的内容并对所写内容负责。论文作者签名;^尿了之otS年iT月>日(5
华东巧工大学硕±学位论文第I页反渗透浓缩水处理技术研究摘要反渗透是废水深度处理与回用领域最常用的膜分离技术,但在用该技术对二级生化?%的浓缩水民0浓水出水进行深度处理时,会产生20%30(简称)。RO浓水除了含有较高浓度的无机盐外一,还含有些被民0膜截留下来的有机污染物。通常,RO浓水中一n污染物的浓度可达RO进水的数倍,需要进步处理。本文分别采用Feton试剂氧化、--生物活性炭〇3氧化、〇3氧化SBR和〇3氧化(BAC)工艺处理浙江某己内醜胺生产企业二级生化出水深度处理过程中产生的RO浓水,目的是在尽可能低的运行成本下将其一-COD降解到符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB189182002)的级A标准。本文首先采用Fenton氧化法处理R0浓水,考察了反应温度、催化剂投加量、氧化剂投加量、初始pH值、反应时间等因素对RO浓水中COD去除效果的影响。研究结果F民0浓=ton:H30表明,en氧化法处理浙江某己内醜胺生产企业水的适宜条件为p.,,2+=n==H〇〇:t。22.5mL/L,nH2〇2):Fe2l120inin在优化条件下,用Fenton氧化法把COD((),3为lOOmg/L左右的RO浓水处理到COD《50mg/L的运行成本约为2.34元/m。采用催化臭氧氧化法处理RO浓水,考察了催化剂种类、催化剂用量、巧始pH值、反应时间等因素对民0浓水COD去除效果的影响,W及催化臭氧氧化对RO浓水可生e-化性的影响。在FS〇4、CuS〇4、MnS〇4和WP01(负载型催化剂)等4种催化剂中,-eS〇>CuS〇>WP0WP-催化效果依次为F441>MnS〇4;用01作催化剂时RO浓水可生化性的改善比FeS-0&作催化剂时更湿著;WP1催化剂重复使用30次,催化活性没有-012000mL/m下降;使用WP负载型催化剂,在臭氧流量为in条件下,反应20min就可将RO浓水的COD从lOOmg/L左右降解到50mg/L的排放限值抖下,相应的运行成本3约为2.13元/m。SB民组0浓COD约采用催化臭氧氧化合工艺处理民水,当催化臭氧氧化单元出水—为70mg/L、SBR个操作周期的曝气时间120min时,最终出水COD可稳定在50mg/L3W下。该组合工艺的运巧成本约为i,n元/m。-生物活性炭(BAC)组合工艺处理反渗透浓缩水采用莫氧氧化,当催化臭氧氧化单元出水COD约为70mg/L、BAC的空床停留时间(EBCT)为30min化最终出水COD可稳定在40mg/L左右。关键词:,Fenton,SBR生物活性^反渗透浓缩水臭氧,,.譜\
第II页华东理工大学硕击学位论文TheResearchofReverseOsmosisConcentra化TreatmentTechnologyAbstractReverseosmosisisthemostpopularmembraneseparatio打把chnologyinadvancedwa-stewatertreatmentandreuse.Butabout2030%reverseosmosisconcentrate(orsimply民Oconcentrateforshort)wouldbeproducedasthis1;echnologyisappliedtotreatthesecondaryefluent,ROconcentratecontainshighconcentrationsofinorganicsaltandsomeorg加collutantswhichwasreectedbROmembrane.Usualltheollutantsconcentrationpjyy,pin民Oconcentrateisseveraltimeshigher化an化eminROsystemfeedi打water,so化e艮OgCO打centrate沈ouldbe化eatedflirther.TheROconce打tratefromacaprolactamproductioncomaninZheinProvincewastreatedbFento打reae打toxidationcatalticozonationpyjgyg,y,combinedozonationandsequencingbatchreactor(SBR)proce巧,andcombinedozonationandbioloicalactivatedcarbonBAGrocessinthisresearch,sothattheCODvalueofROg()pconcentratecouldbedegradedtofiti打wi化AleveloffirstclassstandofDischargestandardofo-llutantsformunicialwastewaterlantGB189182002andtheoerationcostisasp(),ppplowerasossible.pFirst化eFenton化aentoxidationrocesswasaKedtotreat也eROconcentrate化e,gppp,efectofreactio打temeraturecatalstferroussulfatedosaesoxidanthdroeneroxidep,y()g,(ygp)dosages,initialpHvalues,andreactiontimeo打CODremovalwereinvestigated.TheexperimentalresultsshowedthattheoptimalCO打ditio打sofFe打tonoxidationroce巧wereHpp3.0,H2O2dosages0.5mL/L,the111〇化ratioofH2O2toFe2/1,reactiontime120min.Theoperatingcostofthisroce巧wasaboutRMB2.23uanercubicmeter.pypSecond,thecatalyticozonationprocesswasusedtotreattheROconcentrate,theinflue打cesofcatalysttype,cataly巧dosages,initialpHvalueand巧泣幻1〇11timeo打CODremovalandbiodegradabilitywereevaluated.Theresultsshowedthattheactivityoffburk-indsofcatalysts:fromhigher化lowerwereFeS〇4、CuS〇4、MnS〇4andWP01suorted(ppcatalysts.ThebioderadabUitof民OCO打centrateimrovementwasmoreremarkablewhen)gyp-0-WP1usedascatalysts化anthatofferroussulfateusedascataly巧s.TheactivityofWP01,Odidntdeclineafteritbereusedfor30巧mes.TheROconcentrateCGvaluecouldbederadedfromaboum/lessanmasiwasoxdizedozonewhWP-gt100Ltoth50/Ltibit01ggyascataltstsandozone扫owwascontraledat2000L/minfor20min.TheoperatingcostofthisrocessisboutRMBuanercubicmeerpa2.13t.ypThirdthecombinedozonationandSBRrocesswasaliedfortreatintheRO,pppgconcentra-te.TheROconcentrateCODvaluewasabout70mg/LafterozonationwithWP01
华东理工大学硕±学位论文第III页ascatalysts,andtheni1:sC00valuewasfurtherdeclinedtole巧than50mg/L(thedischargelimitaftertwohoursaerationin泣SBR.TheoeratincostofthisrocessisaboutRMB1.11)pgpuanercubicmeter.ypFinalthecombinedozonationandSACrocesswasaliedfbr化eatintheRO,pppgconcen-trate.TheROconcentrateCODvaluewasabout70m/LafterozonationwithWP01gascatalystsandthenitsCODvaluewasfurtherdeclinedtolessthan40m/LthrouhBAC,ggbedwhichemtybedcontacttimeEBCTwas30min.p()Keywords:reverseosmosisconcentrateFento打reaentozonationSBR,bioloical,g,,gactivatedcarbonBAC)(
第IV页华东理工大学硕±学位论文目录第1章前言11.1课题背景11.2研究目的和意义21.3研究内容2第2章文献综述42.1反渗透浓缩水概况42丄1反渗透技术的原理及其形成与发展42.1.2反渗透浓缩水的特点52.2反渗透浓缩水的主要处理技术62.2.1混凝与吸附法62.2.2高级氧化法72.3离级氧化与生化处理联用技术112.3.1髙级氧化与生化处理联用技术的简介112.3.2高级氧化与生化处理联用技术的研究进展112.3.3高级氧化与生化处理联用技术在废水深度处理领域的研巧进展15第3章Fenton试剂氧化法处理反渗透浓缩水163.1前胃163.2材料与方法163.2.1民0浓水样来源与水质163.2.2化学试剂及试验仪器173.2.3试验方法173.3分析方法1838.4结果与讨论13.4.1过氧化氮对COD测定结果的影响183.4.2反应时间对COD去除率的影响193.4.3pH值对COD去除效果的影响202+3nH:n1.4.42〇2)(Fe比值对COD去除效率的影响2()3.4.5H202最佳用量的确定233.4.6反应温度的影响24
华东理王大学硕±学位论文第V页3.4.7战〇2投加方式的影响253.4.8Fenton氧化工艺运行成本估算263.5本章小结26第四章臭氧氧化法处理反渗透浓缩水274.1前a274.2试验材料274.2.1水样来源及水质274.2.2主要药剂与化器设备274.2.3仪器设备274.2.4试验装置284.3试验方法294.3.1均相催化臭氧氧化试验294.3.2非均相催化臭氧氧化试验294.4分析方法304.5结果与讨论304.5.1催化剂的筛选304.5.2催化剂投加量的影响314.5.3催化臭氧氧化对反渗透浓缩水可生化性的影响324.5.4初始pH对催化臭氧氧化的影响344-0.5.5WP1负载型催化剂的稳定性374.5.6臭氧流量的影响384.5.7臭氧氧化运行成本估算394.6本章小结40第5章臭氧氧化-SB民民0浓水的研巧组合工艺处理425.1前42g5.2试验材料与方法245.2.1试验材料425.2.2试验装置425.2.3分析项目及方法435.24试验.方法435.3结果与讨论445.3.1活巧污泥的驯化44
第VI页华东理工大学硕±学位论文5.3.2曝气时间对生化效果的影响455.3.3进水pH对生化效果的影响465.3.4沉淀时间对SBR出水SS的影响475.3.5成本核算475.4本章小结48-第六章臭氧氧化生物活性炭姐合工艺处理RO浓水496.1前言496.2材料与方法496.2.1活性炭及活性污泥来源496.2.2试验方法496.3结果与讨论056.3.1活性炭吸附时间对COD去除效果的影响506.3.2活性炭用量对COD去除效果的影响516.3.3吸附等温线526.3.4生物活性炭挂膜546.35空床停留时间对去除效果的影响55.6.4本章小结59第7章结论与建议607.1结论607.2mix60参考文献61fIdlf69
华东理王大学硕±学位论文第1页第1章前言1.1课题背景随着人口的不断増长,经济的日益发展,再加之水资源不合理地开发与利用,我国大部分地区水资源形成了一种供不应求的状态,水资源短缺的现象日趋严重。调查数据显示全国废水的排放量从上个世纪八十年代的300多亿吨増长到了现如今的800多亿吨W。因此现阶段我国大力发展水处理技术,控制废水的排放量,并且提高各部口对废水排放的监管为度,采用双管齐下的方法解决因废水量的不断増加带给环境及人类危害的问题。现如今包括反渗透技术在内的膜处理工艺已经被广泛运用在水处理及中水回用的处理工艺中。该项技术应用在电为、化工、医药、食品W及海水淡化、市政给水、直饮P1水等各项领域。W其具有能耗低、设备占地面积小、使用寿命长、自动化程度高等特点在我国环保水处理市场具备绝对的潜力与优势。反渗透技术的历史要追溯到一1953年美国的Reid等人(佛罗里达大学)第次提出了用此技术进行海水淡化的设想。1963年法国的社布福特制造出了世界首台膜渗析W器,从此开始了膜分离技术大量研巧与应用。反渗透技术在日本、美国应用较为广泛,我国的研巧始于1966年,近年来也开始较为广泛的研巧与应用。反渗透技术的应用在全球P1市场持续増长,预测在2018年将达到810亿美元,将迅速取代传统的水处理工艺。反渗透技术的发展极为迅速,并很快占领了水处理市场,但反渗透浓缩水的处畳问题并未像膜技术一样受到膜供应商的足够重视,有关RO浓水处理技术的研究与开发相对滞后,在某些地区RO浓水的处理与处置问题甚至己成为阻碍反渗透技术大规模应用一民0的障碍么。通常,浓水中污染物的浓度除与RO进水水质有关外,还与RO系统的水回收率有关,水回收率越高,民0浓水的污染物浓度亦越大,例如当反渗透系统的回收率达到85%时?,浓缩水中的COD是反渗透系统进水COD的67倍且这部分COD大多较难降解一。此外民0浓TDS也为进水的艮0浓水,水的数倍,这进步増大了的处理难度一。而另方面,近年来许多地方先后发布并实施了更加严格的水污染物排放掠准-反渗透工艺对二级生化出水进行深度。例如,渐江某己内醜胺生产企业采用超滤处理,透过RO膜的水全部回用于己内酷胺的生产,既节省了水资源,又减少了废水排放量。但于此同时,也产生了大量COD超标的RO浓水。在该己内酥胺企业建设废水深度处理工程时,当地的排放标准相对宽松,民0浓水的COD值基本能符合当时的排放""标准。不过,为了完成十二五水污染物减排任务,当地政府提离了工业废水的排放标准,大部分企业或工业园区都强制执斤《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB
第2页华东理工大学硕±学位论文—189-182001)级A标准。为此,该己内醜胺生产企化委托本课题组为其研究开发民0浓水处理技术。1.2研究目的和意义反渗透浓缩水中含有各种无机和有机污染物,浓度随着回收比变化,出水的COD往往都超过了国家的排放限值。如果将反渗透浓水排放至市政污水系统,总溶解性固体偏高会对活性污泥的生长造成影响;直接排放则可能会对地表水、±壤^?及海洋等产生污染。反渗透浓水的处理及排放问题随着此项技术迅速的发展及需求量的不断増加而变得尤为重要。被反渗透膜截留下来的有机污染物往往是难W降解的,这其中包括了废水经过生化过程处理后残留的难W被生物降解的有机物W及废水生化处理过程中产生的微溶性的微生物代谢产物(Solublemicrobialproduct,SMP),通常,民0浓水中污染物的浓度可7达民0进水的数倍t:?。RO浓缩水的处置与管理国内外已有很多报道有关,常用的处理ilUWl方法有混凝与吸附WWenon试t,电化学氧化,Ft剂氧化和臭氧氧化等高级氧化技术,8 ̄tW处理的对象大多是市政污水深度处理过程中产生的民0浓水,而有关工业废水深度处理过程中产生的RO浓水处置与管理的报道相对较少。本文针对已内酷胺生产企业RO浓水中溶解性有机污染物可生化差的特点,采用Fenton试剂氧化工艺、催化〇3氧-SBR组合工艺-化工艺、催化〇3氧化、W及催化〇3氧化BAC组合工芝处理民0浓水,目的是在经济合理的成本下把RO浓水的COD降解到50mg/L的排放限值W下。本文研究开发的高级氧化技术和高级氧化-生化组合技术不仅可用于已内醜胺生产企业民0浓水的处理,也可用于其他工业企业RO浓水的处理,有助为反渗透技术在工业废水深度处理与回用领域的推广应用,对节约水资源和水污染物的减甜具有十分重要的意义。1.3研究内容本课题W浙江某己内醜胺有限责任公司废水深度处理与回用系统产生的反渗透浓enon试、、缩水(简称RO浓水)为研巧对象,采用Ft剂氧化催化臭氧氧化催化臭氧氧-SBR和催化臭-BAC工艺对其进行处理使得出水的COD值能够满足《城镇化氧氧化,—1-A污水处理厂污染物排放标准》(GB89182002)级标准。主要研究内容包括W下几个方面;(1)Fenton试剂氧化处理RO浓水的技术:考察初始pH、反应时间、氧化剂与催化剂的用量W及其投加的方式、反应温度等对反渗透浓缩水COD去除效果的影响,并进行成本估算。(2)臭氧氧化处理民0浓水的技术;考察pH、反应时间、臭氧流量、催化剂种类
华东理王大学硕±学位论文第3页及其用量等对RO浓水COD去除效果的影响,并对处理过程中臭氧发生器的巧电量及费用进行估算。(3)臭氧氧化与序批式活性污泥法(SeuencinBatchReactorActivatedSludeqggProcess,SB艮)相结合处理RO浓水的技术:活性污泥进行驯化,并优化SBR的曝气时间等影响因素。(4)臭氧氧化与生物活性炭(BAC)相结合处理民0浓水的技术:,生物活性炭挂膜,并考察BAC空床停留时间对有机物去除效果的影响。
第4页华东理工大学硕±学位论文第2章文献综述2.1反渗透浓缩水概况2丄1反渗透技术的原理及其形成与发展近年来我国的城镇化进程不断加快,工业化生产不断在城市中蔓延开来,为了追求经济的迅速发展而牺牲了环境,导致用水量与废水排放量同时快速增长,水污染问题变得日趋严重,使得水资源短缺问题变得更加严重。为了解决用水的供求矛盾,缓解水资,til及应对日趋严格的污水排放总量限制源短缺问题,对废水进行深度处理和回用受到了广泛的关注及高度的重视。很多企业在原有的生产工艺中増加了中水回用系统,在不少地区这一举措甚至成为政府强制性要求,此来减少水资源的消耗W及废水的排放量。在众多的中水回用技术中,反渗透技术由于其效率高、能耗低、无二次污染、易再生等优势被广泛的应用。反渗透技术的原理为:当把体积相同的低浓度溶液与高浓度溶液分别置于半透膜两一一侧时,低浓度溶液中的溶剂会透过半透膜自发的向高浓度溶液侧迁移,这现象为渗一,透现象。而当渗透过程平衡|^1后两侧的液面会存在定的高度差,这时形成的压差为一渗透压。若此时在高浓度溶液侧施W大于渗透压的压力,溶剂会沿着与原来相反的方向迁移一,这21现象被称为反渗透(参见图.)。学者们通过大量研究,先后提出了许多1213[][]反渗透机理和模型-,主要有如下3种:①氨键理论;②优先吸附毛细孔流理论;tW-扩散模型③溶解。目前认为溶解扩散理论能够更好的说明膜透过现象。该理论假定‘‘"膜是完整的膜,溶剂溶质透过膜是因为溶剂与溶质在膜中溶解,在化学位差的推动为下进行扩散最终透过膜。AppliedPressure〉OsmoticPressure\7'...-.''HiI—I.与每water一'■Lower.-Hier/Lowerher..^ghHigLower-Higher*******wmttr一^.........--??-Cone.■-?■.Crie.ConeConedricq.X辟蜡XC.??????????化Mwmtt一SemipermeableMembraneSemipermeableMe血raneSemipenneableMembraneOsmosisEquilibriumReverseOsmosis21图.滲透和反滲遽示意图2Fi..1Theschematicdiaramofosmosisa打drebvermosggseosis
华东理工大学硕±学位论文第5页[^最早关于渗透现象的研究要追溯到1748年,法国学者发现渗透现象,并对其进行研巧工作。而反渗透则是由美国的Reid教授在1953年首次提出,并构想了用反渗透技术进行海水淡化的方案1960年Loeb与Sourirajan根据反渗透的原理研制成了世tw界上首张通量及脱盐率都相对较高的不对称膜醋酸纤维素反渗透膜。随后相继研发出了聚醜胺复合膜、高脱盐率复合膜、超低压高脱盐率聚酷胺复合膜等,并纷纷投向市场应用形成工业化。在日本反渗透技术早已被应用在很多领域,包括生活污水深度处理与海水淡化。由于其运行操作简便、能耗较低、运行成本低廉等优势在东京各大建筑循环用水的系统中得y?使用。反滲透技术能够满足大水量回收、占地面积小、租绝臭味等要求。在美国反渗透工艺最早被用于生活污水的深度处理,代替了将活性污泥出水经过混凝过滤再加活性炭吸附等的传统深度处理工艺,避免了混凝处理时药剂投加费用高的问题,同时也避免了活性炭吸附过程中活性炭较难再生的问题。17我国反渗透技术研究起步的时间晚于美国[^、日本,始于上个世纪60年代,在国家实行"屯五"科技升划期间,工业化超纯水系统,海水淡化1^^及高压锅炉补给水的反渗。透装置并获H项示范工程,说明反渗透技术的研巧已全面启动目前我国膜市场已经走,,经过五十多年的发展向世界并成为全球市场中不可或缺的重要部分,中国的膜产业己经逐渐走向成熟。twtW现如今反渗透技术应用的范围越来越广,包括制药工业、含重金属废水处理、P0is1Pl工业Pi印染废水处理、海水淡化、食品、火力发电等众多领域。然而在用反渗透工艺对污水进行深度处理的过程中,得到清洁水的同时,被反渗透膜截留的物质全部浓缩在剩余的废水中。这部分浓缩水的产生和排放不仅对水的回收率造成影响,还会对环境产生不利的影响。2丄2反渗透浓缩水的特点、在用反渗透技术对废水进行深度处理时,水分子透过反渗透膜,无机盐大分子有一机物及胶体物质等被反渗透膜截留,在膜的高压侧得到浓缩水。与传统水处理工艺不同的是,反渗透并不产生新的汚染物或物质,反渗透浓缩水中的物质通常都只与进水有关,它是将进水污染物进行了浓集,因此反渗透浓水的性质其实反映了是进入反渗透系P31统原水的性质。而反渗透浓水中所含有的污染物主要有W下两种:PW(1)总溶解性固体TotalDissolvedSolids,TDS:TDS是所有溶解在水中的有()+2+2++2——―2‘。KMCaa〇0S〇机物与无机盐的总和其主要成分包巧,g,,N,C3,HC3间,4—及N03。TDS值越大,说明水中的杂质越多,TDS越小,,水的电导率也越高;反之,杂质和电导率就越小。(2)溶解性有机物DissolvedOrganicMater,DOM;D0M中含有对人类和环境()PSh-危害较大的污染物质,其中包括;内分泌干扰物iem喃究发现超滤反渗透工,Ng等
第6页华糸理工大学硕壬学位论文py艺产生的浓缩水含有大量的内分泌干扰物;药物,Radenovic等通过监测发现自来水j厂的纳滤和反渗透浓缩水中药物残留量达到了每升上百纳克;病原微生物,Ivnitsky等通过研究指出胞外聚合物1^及微生物的形成对降低膜的渗透性有着很大的影响,这严重影响了浓水安全排放W及中水的可持续利用。2.2反渗透浓缩水的主要处理技术目前反渗透浓缩水的处理方法可W分为H大类:混凝与吸附法、高级氧化法、生物降解法。2.2.1混凝与吸附法混凝沉淀的主要处理对象是废水中的胶体微粒及细小的悬浮颗粒。通过向废水中投加混凝剂,使得胶体微粒和细小的悬浮颗粒从原本稳定的状态经过双电层的压缩从而脱稳,再通过相互之间的吸引力凝聚成较为粗大的颗粒,最终经过高分子絮凝剂的吸附PS1架桥作用,使大颗粒间相互连结得W沉淀,实现废水的净化。混凝剂通常采用铁盐(F泌〇4、Fe2S〇43、FeCb)、侣盐(Al2(S〇4)3、KA1S04)W及高分子物质(聚丙締酌()一胺、聚合氯化铅)等。混凝沉淀效果般与混凝剂的种类、混凝剂的用量、溶液的浊度、溶液的pH及温度等因素有关。活性炭吸附法可用于去除水中微量有机污染物,如苯、酶、H氯甲掠等。因为其具存发达的微孔结构和巨大的比表面积,能够高效去除水中的有机污染物、对COD和色度也有非常好的去除效果。影响活性炭吸附的主要因素有;活性炭的来源、结构、用量和湿度等。PSlBagastyo等对两种R0浓水样品(内陆与临海)采用吸附、源凝工艺进行处理,评估了色度和含氮有机物的去除效果。经检测,两种未处理的民0浓水性质比较相似,主要包含大量低分子量的有机物,如腐殖质、富里酸和可溶性微生物降解产物(Solublemicrobialroducts,SMPs)。他们发现,优化条件下铁盐混凝效果比侣盐好,能有效去p?49%除分子量较大的有机物,COD去除率为41。吸附对两种RO浓水DOC的去除十 ̄W分有效,DOC去除率为1734%。Dialynas等采用两种传统工芝:混凝和活性炭吸附工艺处理反渗透浓水F,,分别WeCb和Al2(S〇4)318H2化作为混凝剂处理反渗透浓水,FeCb较AS〇,〇18H2的混凝好,用H氯化铁混凝时,DOC去除率试验结果表明,h(432)约为52%,且铁盐的投加量也小于铅盐。采用活性炭吸附法处理RO浓水,当吸附剂颗粒活性炭的用量为5g/L时,DOC去除率高达91.3%。国内也有相关的研究,沈飞等-吸附法处理反渗透浓缩水H采用混凝,研究了吸附剂、絮凝剂种类和投加量,溶液p值W及吸附时间等对反渗透浓缩水COD去除效果的影响。发现FeCk对COD的去除效果FeCl较另外几种无机絮凝剂有明显的优势,除此之外选用3为絮凝剂配合窩分子PAM为eCPAM总一助凝剂时,有着更佳的处理效果。当絮凝剂Fb与助凝剂投加量为定时,絮
华东理王大学硕±学位论文第7页-:1凝剂与助凝剂的体积比为2,pH中化吸附时间30分钟的最优条件下,用混凝活性炭组合工艺处理反渗透浓缩水,出水无色透明,总的COD去除率达到56.9%,并且满足了该行业规定的废水排放标准。虽然混凝和活性炭吸附联用的方法能有效去除反渗透浓缩水中的有机物,但是活性。炭难W再生,混凝药剂的费用也较高,影响了该工艺的工程应用2.2.2高级氧化法?高级氧化法通过化学氧他性极强的哲基自由基〇!!氧化有机物,将其转化为易生物C〇?0!!具,降解的中间物质,或直接氧化为2和H20等。反应中产生的有极强的氧化性。常见氧化剂的氧化电位如表2.1所示表2.1常用氧化剂氧化电位Table2.1Oxidationotentialofcommonoxidantsp氧化剂种类方程式氧化电位(V)?OH?細+=2.80IT+eHiOHO1.7722分2化+2护+化=2分20+〇3化=2.07+2W+化分20+化一C=150l〇2幻化+eCl+化.幻2+2e=26T^^s高级氧化工艺种类众多,常用的AOP由W下几种:(1)光化学氧化法光化学氧化法分为光激发和光催化氧化两种。光激发氧化主要W氧气、双氧水、臭?氧和空气等作氧化剂,通过光福射作用产生0&光催化氧化法通过引入半导体催化剂,?〇?在紫外光的照射下产生!!,两者都是通过0!!的强氧化作用来氧化废水中的有机物质。W由于这种方法反应条件较为温和,且具有很强的氧化能力,近年来发展迅速。Dialynas,等采用光化学氧化对反渗透浓缩水中的有机物进行降解实验,发现在黑暗吸附试验中?Ti〇2剂量为化51.0/L时,DOC去除率约为30%。当进行紫外光照射后,在高浓度和gPU低浓度催化剂下,DOC去除率分别达到49%和41%。Liu等同样采用UV/Ti〇2对反渗透浓缩水进行处理,发现单独采用紫外光照射有机物去除效果不是很有理想,但是在紫外光催化氧化体系中添加H202,有机物的去除效果有了显著提高,并且民〇浓水的可生化性也得到了明湿改善 ̄。采用UV/H202技术处理民0浓水,DOC的去除率达到78%93%,证实了采用这种高级氧化技术的可行性一。然后通过进步的实验,他们发现当反渗透浓水的盐度和DOC浓度在较广的范围内变化时,UV/H2O2技术仍然十分有效。最后,他
第8页华东理工大学硕dr学位论文们在考虑到窩效经济的基础上,确定采用UV/H2O2技术合适的反应时间为30分钟,在Pil这个条件下,能耗最少,收益最大。Zhou等采用UV/Ti化处理反渗透浓水。当采用UVA/Ti〇2时,DOC去除率约为14.5%,COD去除率约为5.5%。而当采用UVC/Ti〇2时,DOC去除率约为18.6%,COD去除率约为9.9%。FeCb混凝+UV/TK)2组合工艺在大于6小时的反应时间后,能够去除反渗透浓水中大部分有机物。而反渗透浓水的可生化性经过1小时反应后也得到显著提高。因此,考虑到经济效益,预处理加AO化沮合工艺应W提高反渗透浓水可生化性为主,然后将其排入生物处理系统再进行有机物的完全去除。(2)超声氧化z ̄超声氧化法是利用15KHlMHz频率的超声波福射溶液使得溶液超声空化,形成W?n局部的高温和高压,并生成局部高浓度的〇!!降解有机污染物。Dialyas等采巧了超声波降解反渗透浓水中有机物。当废水初始DOC为10.1m/L时.5W,g,能量为的反应60分钟后,DOC去除率仅29%。当能量升至2倍,即135W时,DOC去除率也仅有34%。超声氧化法虽然能够去除水中的部分有机污染物,但是对于难挥发W及具有亲水性的有。机物难W氧化,因此处理效果并不理想,与其他高级氧化方法相比,氧化效率低另外,超声氧化装置的价格很高,处理成本也偏高,因此关于超声氧化法处理反渗透浓水的研究较少。(3)芬顿试剂氧化2+0?芬顿试剂是H22与Fe发生的链式反应,反应生成氧化能力极强径基自由基(0!〇,其氧化能力仅次于氣。它作为反应的中间产物,,无选择地直接氧化废水中的有机污染物并且可诱发一系列的链反应,最终将有机物降解为C〇2、H20等,使得出水COD值大tW?大降低。芬顿氧化产生〇!!,并对有机物进行氧化的机理如下式所示:2+3+-+分口一仍++口分(2-风1)222+3+r-_(22)仍+.口分^巧+化3+2++-口?23风+分^化+分口+分()222' ̄ ̄?饼十分口^口+分口+口分-?(24)22222.-做+.+分口口5佩^弁)2+3+2+-麻?+化^乐+化(26)R.〇^R(XrCOHO++^_1^(27)
华东理工大学硕±学位论文第9页2+影响芬顿氧化的因素包括pH、温度、&〇2和Fe的投加量及反应时间等。正因为Fenton氧化能力强、无选择性,所W也被应用在反渗透浓缩水的处理中。张晓娟等研究了Fenton试剂氧化法处理某石油炼化企业的污水回用系统所产生反渗透浓水的技术。该工艺中反渗透装置产生1/4的反渗透浓缩水,其COD值在lOOmg/L上==下浮动。采用Fenton法对其进行氧化,在最优条件pH3,30%H2〇2〇3mL/L,sPi,=FeS〇47吐0lg/L下,COD的去除率达到49.8%,并可W达标排放。谢柏明等采用Fenton试剂氧化造纸废水深度处理过程中产生的反渗透浓水,通过正交实验确定了各种2+反应因子的影响大小,研究了氧化剂吊〇2的浓度、催化剂Fe浓度、溶液pH值和反应时间等条件对COD去除效果的影响,实验结果表明,采用Fenton高级氧化法处理RO2+浓水,当体系阳值为4、也〇2的浓度5mmol/L、Fe浓度为2.5mmoI/L、反应时间为1.5小时,CODcr去除率可W超过60%,出水COD值小于lOOmg/L,可满足造纸行业规定的废水排放标准。一传统的Fenton法虽具有反应条件温和、运行管理简单等优点,但是也存在定的局限性,反应过程中若催化剂用量过大形成大量的,比如H202容易分解导致利用率不高。enon氨氧化铁絮体沉淀,増加了后续处理污泥的费用为此提出了把电解与Ft氧化相结一一enon法合,送方法称为电Ft。其原理是在pH,置于同反应器中对有机物进行氧化<7的条件下对废水进行电解,在阴极化发生还原反应生成H2O2,并迅速与阳极Fe氧2+3+?,化反应产生的Fe生成Fe及强氧化性的0!!,在OH氧化废水中有机污染物的同时,3+2+Fe在阴极得电子被还原成Fe,形成循环反应。ZhouPW等第一次采巧石墨哲作为阴极的电芬顿方法从高盐度的反渗透浓水中去除一此些重要参数,如铁离子浓度,初始H和阴极电位等对有机污染物,他们通过研巧p-enon-0COD去除率和能耗的影响.72V,优化电Ft氧化工艺,实验发现在阴极电位为,H=初始p3.0,氧气流量为0.6L/min的条件下,化〇2的生成速率在3小时内可W达到150mg/L。在此条件下,COD去除法到了最好的效果,大约62%的COD被去除,且出水COD符合当地废水排放标准,相应的能耗低于60kWh/kCOD。研究发现,H的改变gp并没有降低COD的去除率,原因是废水中的Cr在电解作用下生成HC10,后者同样能够氧化废水中的有机物。因此,在用电芬顿处理反渗透浓水的过程中,即使不调节废水的pH值,也能获得较高的COD去除率。虽然电Fenton氧化效率高,对难降解有机物处理具有很大的优势,但由于电极纯化、结垢等问题未能得到很好解决,导致电极使用寿命偏短,再加上电耗大,电解氧化反应-Fen器难W大型化等缺点,使得电ton氧化技术的应用还仅限于小规模难降解废水处理工程。(4)催化臭氧氧化一。臭氧是种有刺激性气味无色的气体,其具有非常强的氧化性由于其不稳定、易
第10页华东理工大学硕±学位论文一分解,般都是现场制各的。臭氧氧化工艺具有非常悠久的历史,早在巧06年就被应用于饮用水消毒工艺中。臭氧能够氧化废水中的大部分有机物,在废水脱色、杀菌、除臭等方面也有显著的效果,但在用臭氧氧化法处理反渗透浓缩水的研巧中发现,单独使用臭氧效果并不是特别好。P4oul等单独使用&处理反渗透浓水Zh,色度去除率约为90%,但是DOC去除率.7%COD去除14.4%。说明〇3只是破坏了有机物的发色基团(不饱和仅21,率也只有键),或者是将大分子的有机物降解为小分子的有机物,并没有将污染物完全的去除。37[■La:i等研究了臭氧氧化提高反渗透浓水可生化性的可行性。研究结果表明,虽然3 ̄0m ̄〇3投加剂量为1g(VL,接触时间为10min20min,总有机碳(TOC)去除率仅为〇〇 ̄24?5.3/〇.5/〇,但是反渗透浓水的可生化性却提高了1.83.5倍,这表明民0浓水经过臭。氧氧化预处理后可W进行生化处理,并得到良好的出水效果S胡联伟P1使用石灰泡凝与臭氧氧化相结合的方法对炼钢废水反渗透处理后的浓水进巧处理发现COD的去除率可W达到80%W上,COD为200mg/L左右的反渗透浓水,经石灰混凝和臭氧氧化处理后,出水COD能够满足达标排放的要求。为了提高臭氧氧化的效果,研究开发了催化臭氧氧化工艺。这种工艺与单独臭氧不同的是,向反应系统中添加适量的金属的离子或金属的氧化物,通过送些催化剂来促进H一臭氧分解产生O,提高氧化能力,。催化臭氧氧化分为均相与非均相两种均相般为2+2+2+2+一洛解性的催化剂,如含有Fe、〇1、Mn、N产、Co的溶液,非均相的般为不溶性的催化剂,包括金属氧化物或者多种金属负载于惰性载体之上的催化剂。催化臭氧氧化弥补了单独臭氧氧化选择性高,对于某些特定的有毒害物质很难降解的缺点,并能将废水中的有机污染物矿化为最终产物H20、C〇2。39[]粪小芝等用催化臭氧氧化处理石化厂污水深度处理过程中产生的反渗透浓水,在臭氧氧化工艺的基础上添加了催化剂,并通过试验对比选择了最佳的催化剂。在〇3的5 ̄质量浓度为130m/L和反应时间大于30min的优化条件下120m/LROg,COD为g的浓水,经催化臭氧氧化后,其COD降至60mg/LW下,实现了达标排放。作者比较了单独臭氧和催化臭氧氧化处理反滲透浓水的效果一,发现有催化剂的组相同反应时间下COD和TOC去除率明显高于无催化剂组。且催化臭氧氧化出水的B/C值也高于单独臭氧,这说明催化臭氧氧化不仅提高了氧化效率,而且还能明畳改善反渗透浓水的可生化性。李亮等对炼油废水反渗透浓缩水用臭氧催化氧化进行处理,经试验发现臭氧催化-氧化工艺对超滤反渗透工艺回收炼油废水产生的反渗透浓缩水的处理切实可行。进水的COD在200mg/L左右,石油类质量浓度在lOmg/L左右,经过催化臭氧氧化出水COD<60mg/L,石油类质量浓度小于0.5mg/L,出水水质符合排放要求。
华东理工大学硕±学位论文第11页2.3高级氧化与生化处理联用技术2.3.1高级氧化与生化处理联用技术的简介,但是近年来的大量研巧表明,高级氧化是处理难降解有机废水的有效方法,高级,氧化在实际废水处理工程中的应用并不多,原因是各种高级氧化工艺的运行成本都很高一般的企业在经济上无法承受。为了解决低成本的生化法处理难降解有机废水时效果差与高效的高级氧化工艺运行成本高之间的矛盾,国内外环保研究者把生物处理与高级氧一本下实现起,在较低的成化有机的结合在,组合成多种处理难降解有机废水的新工艺难降解废水达标排放的目标。23..2高级氧化与生化处理联用技术的研究进展一化学氧化:条是将污染物彻底氧化成C化、(高级氧化)法处理废水有两条途径一一可生化性较好的中间产物H0和矿物盐,转化成。2;另条是将目标污染物部分氧化般来说,通过化学氧化完全矿化目标污染物成本可能太高,因为化学氧化过程中生成的一高氧化态物质很难被化学氧化剂进步氧化。因此,把原先难生物降解的有机污染物通过化学氧化预处理转化成易生物降解的中间产物,随后再通过生物氧化作用矿化这些中一。,间产物应该是个比较合理的处理方法例如,溶解性有机高分子聚合物也许是由于其分子太大无法穿过细胞壁,导致其很难被微生物降解。化学氧化作用可破坏送些大(可进入细胞内,,后者并且较原先分子,使其变成小分子中间产物如短链脂肪酸)一。相反,把的大分子更易生物降解,因为般来说生物氧化速率随底物分子变小而增大C化和H0是很困难的,因这些中间产物完全氧化成2,并且需要非常苛刻的氧化条件一-,高为CC键断裂速率似乎随分子变小而下降。把这两种观点定性地结合在起级氧化"u和生物处理组合工艺的概念就可简单地用图2.2来表示。AOFiwWAOB職kgmto檢m^*'*^**^I"…""1類"I"…^I""闺…」*^EefMymind亏li膊s给dial带巧I凝M繳22-生物处理组合技术的概念图.商级氧化预处理--iAOPreeamentandlnFi22ontioloittreatmetinteratntrtbcaos..Cceofggpgpgp
第12页华东理王大学硕±学位论文"难降解有机物含量较工的废水,单纯采用生物处理很难实现达标排放,高级氧化生化姐合工艺是解决送类废水难W达标排放问题的有效手段么一一。关于这组合工艺,研巧者普遍使用的是高级氧化预处理与生物处理依次串联而成的组合技术,研究的重点集中在髙级氧化预处理单元,即集中在如何通过不同的高级氧化工艺改善难降解有机废水的可生化性方面.2概括了各种高级氧化预处理对废水可生化性影响的研究进展。表2,一该表最后列定性地描述了化学氧化-生化组合工艺的处理效果(与没有化学氧化预处理的直接生物处理相比)。2+正-表2.高级氧化预处理对可生化性的影响(注:影响,负影响,0无明显影响)Table2.2EffectofAOPspretreatmenton化ebiodegradability化学物质或废水预处理效果效参考初始浓度高级氧化工艺生物降解来源评价方法果文献=-WeC490mg/LZahnllens生物降解COEVCOD+2妈]表面活巧剂LAS&〇化+2COD=1500m/L性试验,活性污泥COD、LAS去除g四种农药混合物C=W+脚200mg/LHaCVFe/UV活性污泥DOC,COD去陈"-WAO215265C0,C=5000mg/L’-+含献废水CWAO140160COUR易生物降解COD的比例,COD="900m/Lg"H2〇/Fe02WCOD=600m+g/L活性污泥,OUR生化ECBOD/COD,m,5青霉素制剂废水〇3,〇3化〇2=^COD830mg/L需氧量COD去除+头袍睡林抗菌素BODs/COD,0"COD=400mI]g/LO3,0化化0抓,生化需氧量;废水EC—so=COD3-1918m/O,OAV15g3J3树脂酸活性污泥一W81COD去餘LOAJV/HO322制药废水(含甲醉)=COD8-+10g/LUV/H2O降解齡的优势菌COD去除2颜料废水(含苯齡)2+=-生物滤池4氯廚C200m/LUV/H〇/Fe,生化需氧量BOD;/CODT0C去除+g22,纺织印染废水C=2000mg/LUV/H2O2活性污泥DOC去除"0-+脚RB5100500mg/LHA/Fe酵母细胞RB5和色度去除"=口]RB5C50m/L^OFe活性污泥COD、色度去除+gs/RB5RB13A07,,"4=活性污泥+口]敌草隆利谷隆TOC50m/LUV/H〇/Fe,生化需氧量BOD5/COD,TOC去除,g22UV0=M青雑鱼雌激素活性脚双厳AC5〇nUV/HO+22
华东理王大学硕±学位论文第13页C=100mg/L=口旬农药COD6300-6500m妍活性污泥COD去除+/〇〇g3,3L2+=口71a-500m+甲基苯基甘氨酸Cg/L太阳光泪2〇并6固定化微生物TOC去除非=+/阴离子表面活COD1000m/LUV/HO污泥OURg22活性性剂脚=n纺织废水COD〇Omg/LO活性污泥,大型水圣惰性COD和毒性+3=---五种农药"..We(X甲基C6201m/LZahnllens生物降解,g60〇[]3TOC去除+=性试验苯基甘氨酸C500mg/L,活性污泥4-24-氯驗,,,氛酪UV/Hz也UV/Ti〇2="]246-50-+[S氯配,五氯C100m/L生物可降解性试验COD去除,,gUV/Ti〇/H〇222敢苯酷=-+,对硝基苯辭C50100mg/LUWn〇活性污泥,纯菌种底物去除2-=+脚H酸C500mg/LUV/Ti〇污泥COD去除2活性2+=M7200-7600m/H〇/Fe+-生化需氧量BODVCOD硫化促进剂废水CODg活性污泥.COD去除22LCOD=生化需氧量+脚6500m/L〇〇3化〇g3,2BOD/COD,TOC去除s垃圾渗滤液COD=活性污泥+脚5200mg/LCVUV,UV/H2O2"UV/HzCVFe"=口。壬基酪-+(NP)C1001000mg/L肌化〇2爪纯菌种(真菌)NP去除+26s=-+[]苯胺类农药废水COD15.019.9、生g/LH2〇2/Fe水解酸化物滤池COD去除2+69=600m齡[]炼油废水CODg/L&〇2活性污泥法COD去除+"=-+PW-UA巧喃钱盐制药废CODn.3.〇MBBRCOD去121g/LH22/FeSB除水=口"COD33000mg/LUViO+/TCVH2〇2生物務动床BODs/CACOD去除"H〇/FeWV/Ti〇222农药废水"口]COD=生化需氧量BOD+1250mg/LH^z/Fe/CODj3=P]COD-+1410mg/LOj/TiOj水解酸化氧化沟COD去除"H2〇2/Fe/UV=+皮革废水COD3100mg/L活性污泥摇瓶COD去除"H〇/Fe/US22+2m生化需氧量BOD+[巧王霉素OlOOg/LH2〇2/Fe/COD5W=2-染料中间体废水COD100mg/LHsCVFe厌氧水解接触氧化BODs/CODCOD去除+.2+=-+[巧仲下灵废水COD13.015.0/LH〇/Fe水解酸化、生物滤池COD去除g22
第14页华东理工大学硕±学位论文"CO=000m〇+[呵甲醒和乌洛托品D1/LH22/Fe接触氧化BOD/CODCOD去g5,除废水"油田采油废水COD进[160mg/L巾〇2/^户活性污泥BODs/TOQTOC去徐+W8[^磯化泥浆系钻井COD=686m/LHCFe/UV活性污泥摇瓶OURBOD/CODCOD去除+gsV,si废水+聚乙巧醇=2+口"(PVA)COD2755mg/LH2〇/Fe活性污泥BODs/COD.COD去除2^=脚COD800-+11OOmg/LHjOj/FeVUV活性污泥COD去除+=2脚-生化需氧量BOD+印染废水COD718852m/LH2〇2/Fe/CODg5COD=+脚300mg/LO生物滤池色度、COD去除3^^51氯齡度水COD=000m/O/eVUV活性污泥COD去除+1gLHjjF2+PS=+灭多威废水COD31000mg/L&〇2狀接触氧化COD去除"=太阳光活化污泥80〇+[1含酷废水COD1357mg/L5似瓜0瓜去除,"=生化需氧量BOD+脚造纸黑液COD200(M000m/H〇/Fe5/CODg22L46-二硝基=m+脚3746/L,邻仲TCODg化用化移动床生物膜BODs/COD.COD去除基苯敢=^垃圾渗滤液COD2328mO/HO生化需氧量BODj/COD+g/L322%COD=-+【]1012g/LO3/GACAJV生化需氧量BODs/COD=^制药废水COD3700mg/L(V巧2〇生化需貧量BOD/COD+25[巧COD=-O-+1415/LUASB接触氧化COD去除g3=判COD-炼油含碱废水13003870m/LCBOD/COD+gVUV生化需氨量5=0/UWT+PW漠胺酸废水C300mg/Li〇生化需氧量BODj/COD2=^+有机锡浓缩废水C12000m/LO/UV生化需寶量BODs/CODg37=P1905-%巧m+精细化工废水CODg/(V催化剂生化需氧量BOD/COD5L[泌'嚼巧废水COD=-O+..生化需氧量BOD1921/L3/CODgs"=【1-+有机废水COD10.915.8/L(BOD/CODgVGAC/UV生化需氧量5由表2.2可W看出,在诸多高级氧化预处理工艺中所使用的氧化剂基本上都是HsCh或/和化,即WFenton试剂氧化和O3氧化为主。国内外研巧者通过优化高级氧化预处理的工艺条件,最大限度地提高难降解有机物的可生性。从研究结果来看,大多数难降解有机废水经过高级氧化预处理后其可生化性得到了明显改善,但也有部分难降解废水经过高级氧化预处理后其可生化性基本没有变化,甚至有个别废水在高级氧化预处理后其可生化性反而变得更差。这些差异除与废水的水质有关外,也与所采用的高级氧化预
华东理工大学硕±学位论文第15页处理工艺及氧化的程度有关一难降解废水是否可W用高级氧化法进行预。因此,对于某^。处理、采用何种高级氧化工艺、1^1及相应的工艺条件等都必须通过实验研巧才能确定2.3.3高级氧化与生化处理联用技术在废水深度处理领域的研究进展iW[邓譬等采用芬顿试剂氧化与曝气生物滤池(BAF)组合工艺对某制药厂二级生化出水进行深度处理。实验分为两个阶段,先是Fenton氧化对废水进行预处理,优化条2+一===n件为H202):C0D1.5、n战〇2):nFe2、H5,反应时间60iin,在这阶段CODP((()p从300mg/L左右降至120mg/L(^^下,COD和色度的去除率分别为55%和75%。再经过一<二AF进10、C/第阶段B步降解,最终出水色度倍OD<80mgL,满足了当地规定的一排放要求。该工艺的处理成本约3.21元々,有定的工程可行性。UWAFHuang等采用Fenton试剂氧化与曝气生物滤池(B)结合的方法处理电被废水深度处理过程中产生的反渗透浓水。在芬顿试剂氧化过程中,原先被有机物络合的Cu和Ni离子因为有机化合物的降解而被释放,然盾通过pH的调节和絮凝沉淀被去除,一上清液再进步通过曝气生物滤池处理。通过实验,他们得到最优化条件如下:初始pH2+Fn=N为4.0,H2O2投加量为5.0mmol/L,ne:(HO2)0.8,Cu和i离子沉淀H为()2p8,.0。在优化条件下COD去除率大约为51.7%,Cu和Ni离子的去除率大于85%,同时反0浓水可生物降解性显著提高.10.4。再经过HRT为2.5,BODs/COD由0増加至小时的BAF工艺处理,COD、Cu和Ni离子的出水浓度分别低于40mg/L,0.5mg/L和0.3mg/L,这说明Fenton与BAF组合工艺对反渗透浓水的处理是完全可行的。除了上述Fenton与生化工艺联用对废水进行处理的实例外,臭氧生物活性炭技术也iwti被广泛的研究与应用。张红亮研巧了臭氧氧化生物活性炭对微污染水的处理,发现单独臭氧氧化时不利于水中有机污染物的去除。而催化臭氧氧化对有机物的去除具有较、好的效果。臭氧氧化单元出水再经生物活性炭滤池处理,废水的UV254浊度、色度等均得到了较好的去除。最后还对此工艺的经济性进行了估算和分析,在水力负荷为lOm/h5-时的处理费用为化41元/t,因此,臭氧生物活性炭工艺在微污染水的处理方面具有良好的经济和技术可行性。。iW[-生物活性炭滤池深度处理制革废水二级出水进行了研究余彬等对臭氧氧化。由于制革的废水有机物成分复杂,色度深,用传统的方法很难实现达标排放的目标。而采-TOC用了臭氧氧化生物活性炭姐合工艺后,,COD和的去除效果明显。通过试验发现UV254基本是臭氧氧化阶段去除的,而水中的氨氮则是依靠生物活性炭上的微生物降解去除的。最终处理后的出水COD<60mg/L,出水UV254降为(U2(平均值),氨氮去除到化15mg/L,均符合排放要求。
第16页华东理工大学硕±学位论文第3章Fenton试剂氧化法处理反渗透浓缩水3.1前言-浙江某己内醜胺生产企业采用超滤反渗透工芝对二级生化出水进行深度处理,透过民0膜的水全部回用于已内醜胺的生产,既节省了水资源,又减少了废水排放量。不-过 ̄,在用超滤反渗透工艺对二级生化出水进行深度处理时,会产生20%30%的浓缩水民0一(简称浓水)。R0浓水除了含有较高浓度的无机盐(TDS)外,还含有些被民0膜截留下来的有机污染物。通常,民0浓水中污染物的浓度可达R0进水的数倍。因此,民0浓水必须经过适当处理方可排放。有关R0浓水的处置与管理国内外已有很多报道,常用的处理方法有混凝与吸附,电化学氧化,Fenton试剂氧化和臭氧氧化等,处理的对象大多是市政污水深度处理过程中排出的R0浓水,而有关工业废水深度处理过程中产生的R0浓水处置与管理的报道相对较少。本文针对己内醜胺生产企业R0浓水中溶解性有机污染物可生化差的特点,采用Fenton试剂高级氧化技术处理R0浓水,考察了反应时间、pH值、过氧化氨用量、氧化剂与催化化剂摩尔比和反应温度等因素对Fenton氧化效果的影响,获得了Fenton试剂高级氧化技术处理己内蘭胺生产企业民0浓水的适宜工芝条件。3.2材料与方法3.2.1R0浓水样来源与水质试验用水样均取自浙江某己内酷腺有限责任公司废水深度处理系统,系该系统R0装置排出浓缩水,其主要的水质指标如表3.1所示表3.1R0废水主要水质指标Table3,1Themainua化iesofROconcentrateq水质指标数值单位COD90?108mg/LTD?S3.53.7g/L?6.2m电导率.8171ms/cBOD/COD0.125?8H7.3p.8由表3.1可臥看出,该公司民O浓水的COD值变化较大,其他水质指标相对稳定。主要原因是该公司废水深度处理系统的进水是二级生化处理系统的出水-反,且在超滤
华东理工大学硕±学位论文第17页渗透装置么前除了简单的纤维球过滤外,没有其他预处理设施。这样在民0产水率基本不变的情况下,二级生化系统出水COD越高,相应的R0浓水COD亦越高,且后者的变化幅度比前者大。3.2.2化学试剂及试验仪器〇(30%)、屯水合硫酸亚铁(分析纯),氨氧化钢过氧化氨(分析纯,&2质量分数(分析纯)和硫酸(分析纯)。过氧化氨和硫酸亚铁直接使用,氨氧化钢和硫酸均配制成2mol/L的水溶液使用。3.1.2所示3所示。试验用到的主要仪器型号如表,试验流程如图表3.2实验主要仪器设备及作用Table3.2Instrumentsndtheiruroseapp仪器名称及型号厂家TO-.000托利多仪器,精确到01电子分析天平梅持勒(上海)有限公司称量药剂g-HWS26型电热恒温水浴锅上海恒科科技有限公司水浴加热,进行温度实验JJ-4六联电动攪拌器国华电器有限公司芬顿反应时起攪拌作用DDSJ-308A型电导率仪上海精密科学仪器有限公司测定废水的电导率、TDS等+调节废水HPHS-3C型精密H汁上海世义精密仪器有限公司ppN+iaOHH扛p控制I1I1,H如--'H2SO*4**——**r]'—心■OpHFeSOa7H挖制jIy,1>[_<=>—h意戒^,十,水测COD龄—^Fenton反应器^中巧沉褲31Fon图.州t试剂氧化流程巧意图Fi.1TheschematicdiaramofFe凸l:onrocessg3.gp3.2.3试验方法200mLRO浓水。分别在6个250ml的烧杯中分别加入,将烧杯置于六联揽拌器上一eS〇内民0浓水的pH调至试验设加入定量的F溶液,打开撥拌,用硫酸溶液将烧杯4
第18页华东理工大学硕±学位论文一定值一,然后分别加入定量的&〇2,并开始计时。反应定时间后用氨氧化钢溶液把?8Om反应液的pH调节至7,中止反应,静置沉淀口in后取上清液测定COD。3.3分析方法用Fenton试剂氧化法处理RO浓水时,不可避免地会有少量的双氧水残留在处理后的RO浓水中,,而残留双氧水会干扰COD的测定为了消除残留双氧水对COD测定的enon试剂氧化反应器中取出的OD么前按影响,从Ft样品在测定C下方法进行处理 ̄;将从Fenton试剂氧化反应器中取出的水样置于50mL具塞比色管中,滴加23滴氨氧化納,盖上比色管的塞子,上下翻转振摇比色管,使水样与碱充分混合,然后测定水样的pH值,若水样pH《10,继续滴加氨氧化钥,并重复上述操作,直至水样pH>10。然后将盖好塞子的比色管置于事先预热至8(TC的恒温水浴中加热lOmin。从水浴中取出WS比色管中静置、并自然冷却至室温后测定CODnCOD采用重络酸钟恕。,在空气蝴愧3.4结果与讨论31.4.过氧化氨对COD测定结果的影响在用Fenton试剂氧化法处理废水时,反应结束后不可避免地会有少量过氧化氨残留在处理过的废水中。也〇2在Fmton氧化反应中属于氧化剂,但在用重铭酸钟法测定COD时,残留在处理水中的&化则变为还原剂,消耗部分重洛酸钟,使表观COD偏高。有研究指出,,氏〇2对表观COD值的影响与&〇2浓度线性相关,如姜科军等实验发现iM一ntl在定浓度范围内等发现Im/L,双氧水浓度与COD测定结果成正化关系;KaggH2化大约会贡献O.47mg/LCOD。在残留双氧水浓度相同的条件下,COD绝对值越低,。t由子残留双氧水干扰产生的相对误差就越大因此,在用Fenon试剂氧化法对低浓度废一水进行深度处理时,必须考虑这因素。。为了验证消除H202干扰的必须性,进行了W下试验.36在lOOOmL的烧杯中加入1LRO浓水,加入1g固体硫酸亚铁,揽拌使其完全溶解,继续揽拌并加酸脚值调节到3.5,然后加入lmLH2〇2(30%)开始Fenton试剂氧mn一化反应。反应口Oi后,加碱中和,把反应液的阱调到8.0,静置沉淀,每隅定时一间取上清液测定COD。另取份上清液,按3.3节所述方法进行前处理,破坏掉残留的H20,然后再测定COD。试验结果如图3.2所示。2
华东理王大学硕±学位论文第!9页50「IIIIIII、中容分貪#时间(min)32COD图.残留双氧水对测定结果的影响*FiilHnCODdeermine.,2EfftiduaO2otg3ecofes2,从图3,上原因.2中可W看出清液COD值随着静置沉淀时间的延长而逐渐下降是Fenton氧化反应液被中和至弱碱性后,残留的双氧水会缓慢分解。放置时间越长,分解越多,残留在水中的双氧水就越少,其对COD测定的影响也越小。水样在测定COD之前经过前处理,对应的COD最低,原因是双氧水在强碱性和加热条件下变得很不稳定。,迅速分解成&0和化,从而消除了其对COD测定结果的影响反应结束直接测定的COD值为56mg/L,而去除H2化干扰后测定的COD值为44mg/L,两者之间相差了21.4%。由图3.2还可看出,中和后的反应液在室温下静置沉淀的时间越长,相应上清液的表观COD越小,静置沉淀180min后的表观COD值与加热去除H2化干扰后的表观COD值基本一致,这说明反应液中残留的双氧水的在弱碱性和室温条件下分解非常缓慢。因此,下试验在测定COD前都用上述方法消除反应液中残存H202的干扰。3.4.2反应时间对COD去除率的影响大量研究表明,在Fenton试剂氧化过程中,COD去除率在反应初始阶段迅速增加,it一W,ens但是经过段时间后,随着反应时间增加COD去除率几乎不变。N巧等采用Fenton法处理垃圾填埋场的渗滤液时发现COD在最初20min内快速下降,当反应时间大于20min后,废水的COD没有明显的变化,30min时反应基本已达终点。但也有许多废水需要更长的时间才能使Fenton氧化反应趋于平衡。换句话说,由于Fenton氧化,需要的的反应体系、过程及机理十分复杂,且不同废水中污染物结构和性质差别很大一样ton氧化反应器的大小或设反应时间当然也不。而反应时间的长短直接有关系到Fen一备投资的大小味延长反应时间,COD的去除率并不会有太大提,在实际工程中如果一。,高。所W必须通过试验确定个最佳的反应时间为此本文,但设备投资会显著増加
第20页华东理工大学硕±学位论文2+在反应阳为3,H.02化用量为化5mUL,反应温度为室温,n:nFe分别为2化化):1()和5:1进行的条件下,考察了反应时间对COD去除率的影响,结3果如图.3所示。100100「]90-90-如-80■-?70-—709一-^60-60-#=-50?=z3=*I-^>I4I0-40巧8X-30X-30§-。20AAA-20*"■"10—1011101JI00306090120150180210mn反应时间i()-COD-?5:;LCOD2去除率5:::L(2:()()U去除率(叫图3.3反应时间对反渗透浓水COD去除率的影响Fig.3.3Effectof讯6reactiontimeonCODremoval2+2+=3=由图.3可见无论是nH22化):nFe:l还是nH〇:nFe5lt(()22:Fenon()(),试剂对COD的去除率都是随着反应时间延长先快速上升,然后趋于平缓最后基本保持不变。2+在药剂投加比nH〇=:nFe2(22)():l的条件下,反应时间达90min时,COD为47mg/L(相应的COD去除率约为47.78%)。继续延长反应时间,COD去除率几乎不再随时间2+的延长而増加=。在〇巧〇:11?65::122)()的条件下,反应时间超过120111;11时,(:〇〇去除率才几乎不随反应时间的延长而增加2+。在双氧水用量相同的情况下nH:n,2〇2)Fe值(()2+.越大,意为着催化剂Fe的量越小,相应的OH生成速率和COD氧化分解速率随之减小,反应趋于平衡的时间亦越长。为了使Fenton氧化反应趋于完全,本文后续试验均将反应时间定为口加lin。3.4.3pH值对COD去除效果的影响一众多有关Fenton反应的研究表明一,H是影响氧化效p果的最重要的因素之。般认为在酸性条件下的氧化性最强,而在中性和碱性环境中,无法催化产生径基自由基。iM但对于不同的反应体系[],反应最佳H差别较ip大,Rvas等通过试验发现对于某些多,在中性条件下去除效果最好环芳香轻、胺等。此外,反应的pH不仅对反应效率有着至关重要的影响一,并且还间接影响了药剂的投加费用,因此有必要通过实验确定个最佳的反应pH值。为此,本文在反应时间为120min,也化用量为0.5mL/L,2+=n:nFe2:(吐化)()l,反应温度为室温的条件下,研究了反应初始pH对RO浓水COD去除效率的影响,实验结果如图3.4所示。
华东理工大学硕±学位论文第21页10070「1-__-:00率90一?(:〇0值■(去除A60--805。-。30-■〇_40W-〇-3020-20-10-101'111002.4.04.55.0.02.53.035pH图3.4反应初始pH对反渗透浓水COD去除率的影响Fi.3.4TheeffectofinitialpHonCODremovalg由图3.4可见,在其他条件保持不变的情况下,COD的去除率随着初始pH值的上=HCOD的去除率达到最大值53.3%。当H较低时COD升先增大后减小,在p3.5时,为p++(H-H去除率下降的原因是:1)浓度增大,加速式(31)所示的反应。与H2化反应生+2++?Fe£?的速率减小2H,()浓度增大成稳定的町办2],从而使&化与反应生成+iW一t3-2H(3)式()所示反应速率增加,或者说高浓度的也是种径基自由基清除剂;+U12+[]H-Fe浓度增大,会对反应(33)产生抑制作用,从而对催化剂的再生产生不利影+2+响;(4)H浓度<2.5时,Fe主要W[Fe化0)6产形式存在,后者与&化的反应速率很?慢,导致£?生成速率减少HO++一3-1HHO()2232-+-.一320H+H+e町〇()2++3+H一FeH0.-3化+202+2+H(3)至于H升高导致COD去除下降的原因则有:(1)pH>4时,反应液中会产生氯氧piWt’‘(2)OH的氧化电位随化铁沉淀,既抑制了OH的生成,又抑制了催化剂的再生;1UW[WHHH升高而下降(3)H升高加速了202分解成〇2和20的速率。p;p2+3.4.4n(H2〇2):n(Fe)比值对COD去除效率的影响2+一nH〇与ne在最佳pH选定后,另个需要确定的影响因素便是(22)(F)的比值。在2+enton试剂氧化过程中(Fe)的用量,而矿化率直接与氧化F,反应速率取决于催化剂’OH的浓度过剂化2化)的浓度有关,但是。虽然也〇2在溶液中浓度的增加可W提高
第22页华东理工大学硕±学位论文3-4?量的H2化会发生式()中的反应,使本己生成的具有氧化能力的£?与之反应后生2+?成氧化能力相对较差的H02,Fenton氧化的。而Fe作为催化剂影响了处理效果,投一2+2+加定量的Feレッ有效促进?0H的生成过量的Fe可,但是不仅会使铁泥量増多、污泥2+,-处置费用增加,而且过量Fe的也是OH的清除剂,见式(35)。■0H+H0一H0-+H03-42222()2+3+-.化+OH一Fe+OH-5(3)nisi李亚峰等采用Fenton试剂法处理质量浓度为llOmg/L的苯齡废水,在H2O2投=m加量为12.76mmol化,pH3.0,常温,反应时间30in的条件下,通过改变硫酸亚铁2+的投加量改变n(H2〇2)与n(Fe)比值,考察其对COD去除率的影响,发现n(H2〇2)与2+n(Fe之比的最佳值是20/1,此时COD的去除率达86.30%,苯酷去除率达99.31%。而)W2+等在采用Fenton氧化法预处理餐饮废水时,发现nH〇:nFe最佳值为1张凤娥22.8。()()2+显然:F,不同反应体系n(H2化)n(e)最佳值差异很大,必须通过试验确定适宜的2n(H2〇2):n(Fe^t。为此,本文在初始pH为3.5、H2化用量为0.5mI7L、反应温度为室2+温、反应时间为120min的条件下,通过改变硫酸亚铁的用量改变n(H2〇2):n(Fe)值,考2+F察了n(也〇2):n(e比值对反渗透浓水COD去除效率的影响,实验结果如图3.5所示。)80r1001-90-■■bCOD__70值?COD去除率lITmlP0IJHHmHHmKmQ1:21:12:13:14:12+nH〇:nFe(22)(l2+图3.5n(H化):n(Fe)比值对RO浓水COD去除率的影响"Fig.3.5Theeffectofrtieratioofn(H2〇2)化n(Fe)onCODremoval2+但由图3.5可见,随着n(也化):n(Fe)比值的增大,COD去除率逐渐增加,当n(H2〇2);2+2+nFe>2:1时,COD去除率反而随n战&):nFe比值的增大而减小。在H2化用量不()(()2+变的前提下,增加n(H2〇2):n(Fe)值,实则上就是减少硫酸亚铁的用量。硫酸亚铁作为双氧水分解生成哲基自由基的催化剂,其用量对有机物的去除效果至关重要。当FeS化用量太低时?D去隐效果FeS〇,哲基自由基(〇巧的生成量也随之降低,从而影响CO;而4
华东理工大学硕±学位论文第23页变成径基自由基的清除剂也会降低氧化效果。用量过高,过量的亚铁离子2+=D值为i120min3>:nFel:l,反应后废水剩余CO图.5还可^^看出,当n(H2〇2)()时2+HF=:120min,〇:ne2l时,反应39mg/L,对应的COD去除率最高为%.7%。而n(22)()2+=55n:40m/LCOD去除率为:nFell.6%,与也〇2)后废水剩余COD值为g,对应的(()一条件下的COD去除率基本相同,但两者硫酸亚铁用量相差倍。综合考虑COD去除效2+HFe2:1比较合适。即用果,认为把n(2化控制在、药剂费用及含铁污泥处理费用州)Fenton试剂氧化法处理己内醜胺企业的艮〇浓水时,最佳的双氧水与硫酸亚铁摩尔比2+21。n:nFe是:[〇电〇2)()];3.5.4也化最佳用量的确定D的化学计量关系除1COD理论上需要2.13过氧化根据过氧化氨氧化CO,去gg117【]LRO浓水需要消氨把COD约为100m/的RO浓水降解到50mg/L,理论上每升,g耗106.5mg过氧化氨,折合到30%的双氧水约为0.32mlVL。但是在实际的废水处理过COD大小有关外、,还受到废水中有机污染物的性质程中,也化的用量除了与废水的iH0的有效利用率并不可能达到100%。因此,组成[i?及反应条件等多种因素的影响,即22过氧化氨的实际用量仍需通过试验才能确定。为此,本研巧在估算出过氧化氨理论需求量的基础上,考察了过氧化氨用量对COD去除效果的影响。试验时同步改变双氧水和2+F=硫酸亚铁的投加量,使保持n(H2〇2):ne2:l保持不变。试验在室温下进行,各组试()53。和nOmin.6所示验的初始pH和反应时间均为3.,实验结果如图100-r— ̄c〇D值-cod去除率#h]王80-80-70—709A-之60-60丫""一?-—JT令40啡。…/-830-30〇U-20-20-101011ii1101I00.00....0..809.10.2030405067H0投加量(mL/L)22图3.6H;化投加量对反渗透浓水COD去除率的影响Fig.3.6TheeffectofH2O2doseonCODremoval2+H=D去除率随从图3.6中可W清楚地看出,在n(2〇2):n(Fe)2:l的投加比例下,COO.SmIVL时COD的去除率达到最大着双氧水浓度的增加而増加,当也化投加量增加到
第24页华东理工大学硕±学位论文?—1544%值(.)。之后继续増加双氧水的用量D,CO的去除率反而略有下降。也就是说在H2化投加量达到0.5mL/L么前.,随着H2化的增加,溶液中的OH的量也随之增多,使得氧化效果有所提升,COD的去除率保持上升的趋势,但是H202投加量超过0.5mL/LW后COD的去除率并没有提升H=〇,反而当2〇2〇.8mL/L时,COD去除率降为46。.7/〇这是因为H2&本身也是疫基自由基的清除剂,当双氧水用量太大时,巿化与Fenton氧化系统中产生的’OH反应?,生成氧化能力较低的H化,使得在相同的氧化时间内COD的去除效果变差。因此,用Fenton试剂氧化法处理己内醜胺企业的RO浓水时,最佳的双氧水投加量是0.5mL/L。3.4.6反应温度的影响反应温度控制着化学反应的速率。通常,反应温度上升,反应速率随之加快。但是,对于一个复杂的反应体系,温度升高不仅加速主反应的进行还会加速副反应和相,同时关逆反应的进行。对于Fenton反应.,升高温度加快反应速率即加快了OH生成速率,因此污染物的去除效率也能够提高一。但是,当温度上升到定程度时H化热分解速率,2加快,许多逆反应、副反应也会加剧=,反应效率就会有所下降。为此,本研究在初始H3p.0、2+&〇=2用量为0.5mlVL、n(H2〇2):nFe2:l的条件下(),考察了反应温度对COD去除效果的影响,实验结果如图3.7所示。120丄、「口〇。-?.IA巧10C■至缸C1心60-含ik ̄I■U40-20-I111i0I0306090120UO反应时间(min)图3.7反应温度对反滲透浓水COD去除率的影响Fig.3.7Theeffectof化action化mpera化化onCODremoval。由图3,.7可见反应温度越低,COD值下降越慢,温度低至1〇仁时,COD值下降°十分缓慢,说明低温不利于Fenton反应的进行-7还可。图3看出,虽然室温(20C左‘右)条件下初期反应速率较35C时慢,但当反应时间超过90min时,两者的COD值几乎完全相同,即在通常情况下,可通过适当延长反应时间来弥补温度下降带来的不利影响(温度过低时除外)。对于较大规模的废水处理工程而言,希望通过加热来提高废
华东理工大学硕±学位论文第25页实的,工程设计时应充分考虑季节变化带来的气温水的温度,从而提高反应速率是不现。变化给废水处理造成的不利影响,应依据冬季水温确定反应器的水力停留时间3.4.7吐化投加方式的影响一一Fenton试剂氧化的批式实验时氧水的投加方式般有如下两种;①次在进行,双一次性加入反应器,即将反性投加;②分批投加,即在反应开始时将反应所需的双氧水一一一份先加入份,待,然后间隔定时间投加应所需的双氧水分成若干份,反应开始时一一,最后份双氧水投加完后,再继续反应段时间。从现有的研究报道来看在双氧水用一次性投加。原因是,量及其他反应条件均相同的条件下,双氧水分批投加的效果要优于一,而双氧水本身也是姪基相对于分批投加而言,次性投加时反应巧期双氧水浓度过高?〇?被双氧水所消耗自由基的清除剂,使得芬顿氧化处理效率降,不可避免地会有部分Fenton试剂氧化法预处理高浓度难降解废水,所低,由于双氧水的用量相对较大。在用—?化40.5/L。mL,W次性投加和分批加的差异尤为明显但本研究双氧水用量很低,仅H这种低剂量双氧水的投加方式是否会影响COD去除尚不清楚,故本文在反应初始p2+为3.0,也〇2用量为〇.5mL/L,n(H2〇2):n(Fe)为2:1,反应温度为室温的条件下,考察COD去除率的影响3-8。了H,实验结果如图所示2化投加方式对120r—1100次IIS*?2_y||^次 ̄380次-IUV"-^*■40*B:^^iA20—?'*I—<<00306090120150反应时间(min)3COD图.8双氧水投加方式对反滲透浓水去除率的影响Fi.3.8Effectof化efreuenciesofdosingH2OonCODremovalgq2"""一25m5mL/L双氧水是将0.L/L3次性加入0.;次图.8中1次巧示在反应开始时""一一0m入3in后加;次是将双氧水均分成二份份在反应开始时加入,另份反应1,Ll1m/L入0.2mL/L,10min0.2mL/、0.2mVL和0.L,反应开始时加.5mL/L双氧水分成00Lin.1mL/L。从试验结果来看(参见图3.8),后再加入.2m/L,再过10m加入余下的0双氧水投加方式对COD去除效果影响不大,这可能是由于本试验双氧水总的投加量很一次性加入反应器。因小,也不会对磨基自由基产生清除作用,即使在反应开始时将其一此,次性投加双氧水。,为简化实验操作本试验选择在反应开始时
第26页华东理工大学硕±学位论文3.4.8Fenton氧化工艺运斤成本估算由上可知,用Fenton氧化工艺处理民0浓水在技术上完全可行的,但该技术能否在实际工程中得到应用,关键还在于其运斤成本是否在合理的范围内。为此,根据实验过程中的药剂消耗等对Fenton工艺的运行成本进行估算,结果如表3.2所示。由表3.2可见,用Fenton试剂氧化工艺处理浙江某己内酷胺生产企业的RO浓水时,中和消耗的氨氧化化钢的费用占比最大,约占运行成本的39%,其次是过氧化氨,约占一n运行成本的26%。显然,这药剂费用占比与大多数Feton氧化过程不同,因为对大一多数Fenton氧化过程而言,过氧化氨的费用占比最大。导致远现象的原因可能是该废,导致酸碱消耗量偏大水的pH缓冲能力较强,且氧氧化钢的价格相对较高。工程上可,Fenton工艺处理R0浓水的运行成本。[^考虑用石灰代替氨氧化钢(^便降低氧化32表.Fenton氧化工艺的药剂成本Table3.2TheoperatingcostofFent:onoxidatio岛process费用项目单价(元化g)运行成本(元k/m(g)H2O30%0.550.90.6052(),药F巧047H200.670.5(U35齐I」5352硫酸(98%)0.690.10.NaOH30%1.170.780.913()b铁泥处置0.440.30.132合计2.337一注:药剂价格均为市场价,铁泥含水率按40%计,并按般固体废物处置3.5本章小结采用Fenton试剂氧化法处理浙江某已内醜胺生产企业废水深度处理系统排出的民02+浓水,考察了废水初始阳、催化剂Fe与氧化剂战〇2的比值、&〇2的用量、反应温度W及双氧水投加方式等因素对RO浓水COD去除效果的影响:,得到W下结论(1)采用Fenton试剂氧化或Fenton试剂氧化与生化组合技术处理浙江某已内酷胺生产企业废水深度处理系统排出的民0浓水,可W将该RO浓水的COD处理到50mg/L—《189-的限值W下,达到了城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB182002)级A标准。(2)Fenton试剂氧化民0浓水的适宜条件唐初始pH值3.0、H2〇2投加量0.5mL/L、2+n(H2〇2):n(Fe)2:l、反应时间120min;吐〇2投加方式对COD去除效果影响很小。3(3)在最佳条件下,采用Fenton试剂氧化法处理RO浓水的运行成本约2.34元/m。
华东理王大学硕±学位论文第27页第4章臭氧氧化法处理反渗透浓缩水4.1前言由上一章可知enon试,Ft剂氧化法可把己内醜胺废水深度处理过程中产生的民0一F浓水COD降解到符合《城镇污水处理厂水污染物排放标准》级A标准,但enton试一。剂氧化过程会产生大量含铁污泥,处置非常困难特别是随着环保法律日趋严格,些地方已将Fenton氧化法处理化工废水时产生的含铁汚泥认定为危险固体废物,导致含铁污泥的处理费用大幅度增加,Fenton试剂氧化工艺的运行成本也会显著增加,使该工艺的工程应用受到了很大的限制,迫切需要研究开发不产生或少产生固体废物的R0浓水高级氧化处理技术。在众多的高级氧化技术中,臭氧氧化在废水处理工程中的应用仅次en一于Fton试剂氧化,且般的臭氧氧化过程不会产生固体废物(催化臭氧氧化过程会产生少量的废催化剂)。故本文研究了臭氧氧化法处理R0浓水的技术,考察了pH值、催化剂种类、催化剂用量、臭氧流量和反应时间等因素对臭氧氧化效果的影响,获得了适宜的臭氧氧化法降解R0浓水COD的工艺条件。4.2试验材料4.2.1水样来源及水质试验所用的反渗透浓缩水与第H章相同,取自浙江某己内酷胺有限责任公司二级生98 ̄m/。化出水深度处理与回用系统,COD值在108gL4.2.2主要药剂与仪器设备,?试验用化学试剂主要有FeS〇47电0、CuS〇45H20、MnS〇4、KI、NaS2〇3、NaOH、SO。H24等,送些化学品均为国产分析纯-0试验用的WP1催化剂是由上海水合环境工程有限公司提供的球型颗粒催化剂,该催化剂的粒径约为5mm。4.2.3仪器设备
第28页华东理工大学硕±学位论文表4.1实验主要仪器设备及作用Table4.1Instrumentsandtheirurseppo实验仪器名称及型号厂家作用-电子分析天平梅特勒巧利多仪器(上海)有限公司称量药剂.,精确到00001gOW-4TB型氧气发生器上海康特环保科技发展有限公司为臭氧发生器提供氧气KT-SOZ--YB10G型臭氧发生器上海康特环保科技发展有限公司提供臭氧DDSJ-308A型电导率仪上海精密科学仪器有限公司测定废水的电导率、TDS+PHS-3C型精密H计上海世义精密仪器有限公司调节废水Hpp4.2.4试验装置本试验臭氧氧化包括均相催化臭氧氧化和非均相催化臭氧氧化,均相傕化臭氧氧化反应器如图4.1所示。该反应器为自制的圆柱形玻璃反应器,内径为10cm20cm,高为,一在反应器的上部有4个接曰一,其中个是臭氧入曰(它通过根垂直的、末端带有砂抵曝气板的玻璃管向反应器中提供臭氧一),个是臭氧尾气出口(可与装有KI溶液的洗气一瓶相连一,测定尾气中的臭氧浓度)曰;另外两个个为取样口,个可W插入pH电极,用于在线监测反应过程中pH值的变化。LL1|可白員/I^I.I'I1,7〇〇〇6??1I1&?〇IIII?■剛〇eo〇?_?〇〇〇〇?2二?一=目A=I1341氧气发生器,2玫璃转子流量计,3奠氧发生器,4反庭瓶,5舞筒6PH,计图4.1均相催化臭氧氧化的反应器Fi.4.1Thehematicdiaramofhomogscggeneouscatalyticozonation4图.2所示的是非均相催化臭氧氧化反应器。该反应器的内径为5cm,高为80cm。进气口在反应器的底部,臭氧通过砂芯曝气板进入到废水中。
华王大学硕±学位论文第29页东理中诉MH巧化剂m」—_」*1L1I。。2。。口圓T_134123舆氧发生器,4反皮巧氧与《发生塞,教璃辑子流虽计,42图.非均相催化臭氧氧化反应器iiFThhmaicdiaramofheteroeneousca化ltcozonatoni.4.2escetggyg4.3试验方法4.3.1均相催化臭氧氧化试验将调节好pH值的民0浓水加到图4.1所示的反应器中,用娃橡胶管把臭氧发生器一制氧机和臭口连接在起,然后依次打开的出口与反应器的臭氧入,加入适量的催化剂一其始臭氧氧化反应定时间从取样曰取出少量水样,并测定,每隔氧发生器的电源,开COD、BOD等指标。臭氧的流量可通过安装在臭氧发生器上的转子流量计进巧调节,实验时将整套试验装置和控制。为了防止从臭氧氧化系统中泄漏的臭氧危害人体健康电源之前先打开通风栖的电源,待臭氧发生器电源关闭置于通风涵中,在开臭氧发生器3min后再关闲通风栖电源。.2非均相催化臭氧氧化试验4.3民0浓水-01负载型催化剂,然后从反应器上端将WP在图4.2所示的反应器中充满(,倒入民0浓水注意:不能先充填催化剂颗粒否则催化剂颗粒有可能因撞击反应器底部而破碎。),催化剂颗粒在民0浓水中浸泡2化,排出反应器中的R0浓水(这样做的目的是消除或减小催化剂颗粒吸附作用的干扰。)。然后在反应器中重新加入新鲜的RO一起浓水口与反应器的臭氧入口连接在,然后依次打开,用旌橡胶管把臭氧发生器的出一,,每定时间从取样口取出少量水样制氧机和臭氧发生器的电源,开始臭氧氧化反应隔并测定其COD、BOD等指标。
第30页华东理工大学硕±学位论文4.4分析方法COD采用国标重络酸钟法测定,BODs采用稀释接种法测定,色度采用稀释倍数法测定。4.5结果与讨论4.5.1催化剂的筛选催化臭氧氧化可分为两大类,即均相催化臭氧氧化(利用溶液中的金属离子作催化剂)W及非均相催化臭氧氧化(利用固态金属、金属氧化物、负载于载体上的金属与金s^i属氧化物等作催化剂)。Andreozzi等在酸性条件下用臭氧氧化乙二酸时,发现单独的2+乙二酸Mn一臭氧并不能降解,但是在加入W后降解效果迅速得到提升,通过进步的研究得出了如下降解机理:2++4+—+〇+甜+〇牛〇(4-Mn3施晴1)24+2+3+—+n(4-廊M2Mn2)3+.-+—-MnnA〇2MnA〇2(43)()n-2+一A〇+A〇n-A〇-Mn2Mn144)()n()2(-+一,+0+H+〇+-A032C〇22OH(45)=3 ̄此外他们还发现在pH.04.0时,Mn〇2的存在能够使得石隆酸的消失速率加快,有利于氧化完全。itW催化剂的加入不仅提高了反应速率而且也对臭氧氧化的效率起到促进的作用。is在催化剂的催化作用下?〇比其与有机物反应时的速率tw,产生氧化能力比〇3更强的69?常数通常为1〇1〇/Ms。催化剂的性能与其自身的性质及有机污染物的种类密切相关。因此采用何种催化剂需要通过试验来筛选。-本文比较了硫酸亚铁、硫酸铜三种常用均相催化剂和WP01、硫酸铺等负载型催O浓水的效果。H80、H种均相化剂催化臭氧氧化处理R实验条件为初始P.催化剂投加量均为Ig/L、非均相催化剂装在反应器中的装填高度为10cm。臭氧流量为2000mL/min、反应时间20min,试验结果如图4.3所示。
华东理工大学硕±学位论文第31页■COD去除率COD值70100广]-60-圓■-記80翊ItlilJ+h^n2CuWP-01无催化剂MFe不同催化剂4COD去除效果的影响图.3不同催化剂对Fi.4.3Effectof化eca化化typesonCOD化movalg岭在催化臭氧氧化结束时,各组溶液的pH均有下降。因此在停止臭氧氧化后将pHCOD的测定eS、CuS〇。调节为中性再进行。调节pH后,F化4均有明显的絮体沉降而一且试验还发现S〇作为催化剂的组,溶液的颜色有黄色变浅再变为深栋色,,WMn4直至反应结束,生成了沉淀Mn〇2。由图4.3可W看出,无论是均相催化剂MnS化、FeS〇4、WP-,CuS〇4溶液,还是01负载型催化剂都要比不加催化剂的臭氧氧化效果好。反应2+2+2+20min后不加催化剂的臭氧氧化过程COD去除率仅38.9%。而Mn、Fe和Cu为〇-OD的去50.0%、巧01负载型催化剂进行.3/〇和47.2%,WP催化剂时,C除率分别为FeS〇>CuS〇>臭氧氧化过程COD去除率为53.7%。四种催化剂的催化效果依次为:44一-COD去除率最高1>。显,方面可能是0然(eS〇4作WPMnS〇4,UF催化剂时废水的2+F‘因为e的催化效率最高,能够在相同时间内使臭氧产生更多的OH,从而提高了有机一方面可能是反应结束加碱中和形态的新生态FeOH具有良好的混凝物的降解率,另()3D-FeS〇作用。虽然WP01负载型催化剂的催化效果不如4和CuS〇4,,去除了部分CO-定性高但是WP01负载型催化剂具有稳、不易流失、无需后续处理、可循环使用等优工程应用的前景-。为此FeS〇催化剂和WP01负载型催,本研究选择4势,具有良好的一步的研究。化剂做进,并优化这两种催化剂催化臭氧氧化的工艺条件4.5.2催化剂投加量的影响Leube^W等研究表明,催化剂投加量越多,?〇!!的产生速率越快,催化臭氧氧化g。的效率就越高,成本控制是限制使用何种工艺与条件的重要因素。在实际的工程应用中催化剂投加量的増加使得药剂成本升高,并且也会使后续处理的费用随之增加。=LH8、000m/min、反应时间为了优化催化剂的用量,本研究在初始p臭氧流量为2
第32页华东理工大学硕±学位论文25min的条件下考察了硫酸亚铁用量对R0浓水COD去除效果的影响,试验结果如图4.4所示。120「咖〇+lL*1.5一2L辈g/g/g/100I、20-<IQ1IIIi051015202530反应时间min()图4.4FeS〇4用量对COD去除效果的影响Fig.4.4TheeffectofFeS〇4doseonCODremoval由图4.4可见,催化剂用量越大氧化效果越好,当催化剂用量为化5化时,通臭氧g25mm后,RO浓水的COD为53mg化,相应的COD去除率约为45.9%。提高催化剂的?1L,反应开始时的降解速率有所提升2/5min用量后。当催化剂用量为g时,通臭氧1后,民0浓水的COD值基本相同,这说明催化剂用量达到13/^:1后,继续增加催化剂用量对提高臭氧氧化效果没有作用,相反催化剂本身的费用及后续污泥的处置费用均会増加,因此催化剂硫酸亚铁的适宜投加量为Ig/L。4.5.3催化臭氧氧化对反渗透浓缩水可生化性的影响催化臭氧氧化不仅可[^对废水中的有机物进行有效地降解,还可改善其可生化性。本文考察了臭氧氧化(无催化剂-)、F巧〇4催化臭氧氧化和WP01负载型催化剂催化臭氧氧化过程中反渗透浓缩水可生化性的变化,结果如图4.5、4.6及4.7所示。
华东理工大学硕±学位论文第巧页1200.30「]-100、0.巧-80-X0.20>^-^--0£60.巧合§。_-.40—4—COD-Ht-B010/C^-20y0.05^'I11?00.00051015202530反应时间min()4(无催化剂)图.5臭氧氧化对反渗透浓缩水可生化性的影响Fi.4.5Theeffectofozonationon化ebiod巧radabilitofROconcentrate(wi比outca化lyst)yg1200.30「「-1000.巧--080\.20_--600.巧客I?u--040/.10-->-COD-?B/C.20-/0.05L**'0I11000051015202530min反应时间()2+图4.6臭氧氧化对反渗透浓缩水可生化性的影响(Fe催化剂)"ffecofradabiliofROconcentra化FascatalstFozonaion化b化detey)i.4.6Theettonegy(g
第34页华东理工大学硕±学位论文-—^COD?-B/C120r0.35]-0.30100^—\/0.2580-\y ̄-0言.20一^?--§/0."U40-/-/0.1020-0/.05I'*''*」00.00051015202530反应时剛min)4-图.7臭氧氧化对反渗遮浓缩水可生化性的影响(WP01负载型催化剂)F-i47Theffecofozonai化biradabilifROncnraWP1ilg..ettononeodetyocoette0artceasg(pcaalstty)由图4.5可W看出,在无催化剂的情况下,RO浓水经臭氧氧化20min后,B/C由0.03提高到0.224.6及4.7可^,在使,RO;有图文看出用催化剂的情况下浓水经臭氧氧?化20mm后B/C分别上升至0.28和0.33。其原因是反应过程中〇3和OH与废水中的有一机物反应,使COD下降。同,其中部分难生物降解的机物直接转化成了C化和&0时,也有部分难生物降解的有机物转化为易生物降解的有机物,使BOD;的绝对值增加,B/C随么上升。至于有催化剂条件下,B/C比增加幅度比无催化剂时大,主要原因是在,臭氧直接氧化为主。而在有催化剂的情况下没有催化剂的情况下,会产生氧化能力‘57更强的OH。此外,由图4.、4.6和4.还可W看出,将臭氧氧化时间从20min延长至.25mm,B/C非但没有増加,反而略有下降,这可能是因为〇3和OH继续将之前氧化生成的易生物降解的有机物氧化成C化和&0,从而使得溶液的BODs下降。所W,如果用臭氧氧化法处理民〇浓水的主要目的是改善其可生化性,必须合理控制氧化程度,不是臭氧氧化时间越长(或臭氧通入量越大)越好,如本文涉及的的民0浓水臭氧氧化时间就不宜超过20min。4.5.4初始pH对催化臭氧氧化的影响122一H[1。H<4时p值是催化臭氧氧化反应的重要影响因素般认为,p,臭氧分子对有机物进行直接氧化。当pH>9时,臭氧在Of的存在下生成大量的径基自由基,此时为间接氧化。当4《pH《9时,这两种反应机理同时存在。不仅如此,pH对催化剂的表一面性质也有定的影响,催化剂在不同酸碱度的溶液中的表面活性差别较大因此考察了初始pH对COD去除率的影响。
华东理工大学硕±学位论文第35页-0比较了不用催化剂和投加WP1负载本试验在臭氧进气浓度和流量相同条件下,型催化剂两种工况下R0浓水初始)H值对COD去除效果的影响,结果如图4.8和图4.9I所示民0浓水4.10所示。。臭氧氧化过程中pH值得变化如图120「100帽""。-4020-I<!IQII051015202530反应时间min{)-?-=—===X—=61pH4mpH:^pH8pH10^6pH12图4.8初始pH对臭氧氧化的影响(无催化剂)F4TheeffeiniialHonzonationrocesseswi化outca化lstig..8ctoftop(y)p120r10。I、。80-r-。40-20-''*0I0510152025反应时间(min)————=4g-=6H=8KH=10^pH=12pHpHpp4H()图.9初始p对臭氧氧化的影响负载型催化剂H-Fi49TheefectofinitialonozonationrocessesWP01..pp()g
36第;页华东理工大学硕±学位论文14「口****10HHHK8X*46 ̄1?■..4##^2-I'1101'0510152025反应时间min()—=4—=6—-A—=8—^=—^=pHpHpH>pH10pH124.10臭氧氧化过程中反应液pH的变化情况Fig,4.10ThechangeofpHvalueduringozonationprocess由图4.8可见,随着巧始pH的不断升高,COD的去除效果也随之提升。pH值升高到12时,COD的去除效果最好。这是因为当pH逐渐升高时,系统中的Of也逐渐増多一,般认为臭氧在碱性条件下会发生如下的链反应〇+—2.0H+0-3世02(46).一-?-03+0H02+H02(47)+*一+H0一>H-00H(43+02208)2+H0—+*-0322020H(49)2—+H4-0HOO(10)222?£?生成,因此高pH有利于比臭氧氧化能力更强的使得整个系统的氧化性能増强,COD的降解效率提高。比较图4.9和图4.8不难看出H条件下两者COD值随反应时间延长而,不同初始p一-逐渐下降的规律基本相同。但pH对WP01负载型催化剂组氧化效果的影响并没有不一一-0加催化剂的组明显,这可能是因为WP1负载型催化剂组在pH较高的条件下产生一,?〇扎导致OH之间相互碰撞,这了过量的,发生了互相浑灭部分経基自由基并没有一组好与废水中的有机物发生反应,其反应式,导致降解的效果反而没有不加催化剂的1如下[呵?.一-OH+OH〇(411)也22H0—H0+0(-2222241)有研究表明臭氧氧化的过程中会将一部分大分子有机物氧化为有机酸这部分有机酸会使溶液的pH下降。由图4.10可见,臭氧氧化过程中民0浓水的pH值随着氧
华东理工大学硕±学位论文第巧页,化反应的进行有下降的趋势,初始pH为12的溶液在反应结束时pH下降了1个单位其他几组pH值的变化都小于1个单位。这有可能是因为原水的COD本来就比较低,,H在臭氧氧化的过程中生成的有机酸较少,再加上民0浓水本身的缓冲能力较强使得p值的变化较小。综上所述,pH的升高对臭氧氧化过程起着促进的作用。但是本文处理的民0浓水 ̄H值调高结束后必须加酸将废水初始pH在78,如果在臭氧氧化之前加碱把p,在反应的pH调节回中性才可^^排放或进行生化后处理,这样既増加了酸碱的消耗,又无形中增加了废水的盐分,很不经济。综合考虑pH调节和臭氧氧化效果,认为初始pH值为8。左右的反渗透浓水,在臭氧氧化前无需进行pH的调节45-01负载型催化剂的稳定性.5.WP-提高反应效率WP01负载型催化剂的优势不仅能够、加快反应速率、减少固废处置加成本-工程中。WP01负载型费用,减少催化剂的投催化剂能否在,它还可W重复使用得到应用,除了要有良好的催化效果W外,还必须具有良好的稳定性。反之,如果稳定P-价值。为此,考察了W01负载型性不佳,短时间内就要进行更换,也没有多大应用一-催化剂的稳定性01负载型催化剂的反应柱中加入定量的民0浓水,,即在充填有WP一止反应民〇浓水,重定时间的臭氧,停,排干臭氧氧化过的然后通,关闲臭氧发生器一COD、计算COD去除率.11复下批次试验,结果如图4。测定每个批次氧化前后的所示。100120「1圓-团?-i〔QD圓Im去除率90-100-30-7080S-60窒-6。-5。II0-40邮。40-30-2020--10I!1—IS101005101520253035WP-01催化剂的使用次数4WP-01图.11负载型催化剂的稳定性Fi411Thestabi-01iclecalltofWPart化st..iyygp-130由图40个批次,出水COD值和COD.11可W看出,WP负载型催化剂重复使用
第38页华东理工大学硕±学位论文去除率波动都很小,说明该负载型催化化剂的活性没有下降。但是,因实验条件的限制,本文催化剂重复使用试验进行的时间偏短,尚无法确定该催化剂的半衰期或使用寿命,建议在工程化之前进行连续中试研究一,方面通过中试获得臭氧氧化处理民0浓水的工一-程设计参数,另方面通过长时间的中试评价WP01催化剂的半衰期或使用寿命。45..6臭氧流量的影响催化臭氧氧化的过程中-,臭氧通入废水中并与催化剂进行反应,这之间存在着气-固的传质心6]液、气,这部分的传质速度影响着整个催化臭氧氧化反应速率的快慢。气液的接触面积、气相与液相的臭氧浓度、气液之间的接触面积W及液相的臭氧浓度都会对臭氧进入溶液的传质速度产生影响。臭氧在水中的溶解度很小,臭氧从气相进入液相的传质阻力主要集中在液膜一侧。臭氧流量的变化必然会改变液相的扰动程度,进而对臭氧从气相至液相的传质W及臭氧氧化反应速率产生影响。因此考察了臭氧流量对催化臭氧氧化效果的影响,结果如图4.12所示。一—m—120?lOOOmL/in1500mL/min「— ̄ ̄100mm—.*nmfc2000L/iw2500mL/inI60-u40-20-'101105101520反应时剛min)图4.12臭氧流量对COD去除效果的影响(无催化剂)Fi,4.12Theeffectof打OWonCODrlgozoneemova由图4.12可1^^看出,随着臭氧进气流量的増大,臭氧氧化的效果呈现先变好再变差的趋势。当臭氧进气流量达到2000mL/min时,溶液中剩余COD值最低,臭氧的氧化效果最好。送是由于臭氧的进气量增加,使得臭氧气体对溶液的揽动作用加剧,气液间一充分接触,液膜阻力减小,对臭氧从气相到液相的传质起了促进的作用。另方面,对同一台臭氧发生器而言,气量的增加,单位体积气体中臭氧的含量会随之下降。为了验证这点,本试验通过调节臭氧发生器的流量计,测定不同流量下的臭氧浓度,结果如图4。.13所示有图4.13可^^看出,臭氧发生器产生臭氧的浓度随着流量的增大而逐渐减小,因此气相中臭氧浓度随之减小,也会对氧化效果造成不利的影响。因此在臭氧的进气流
第39页华东理王大学硕±学位论文,使得COD的去除效果量小于2000mL/mm时进气量的增加加快了气液间的传质速率后,臭氧浓度减少成为了影响反应进程的主得^提升。当臭氧的进气流量超过这个值1^L/mm要因素(浓度的减少)而降低。因此选择2〇〇〇m,COD的去除效率随着流量的增加的臭氧流量较为适宜。100「90、80一<70-县60-^聪50-?-爱40?城30-20-10-**'^0I1000巧002000巧003000进气流量(mL/min)图4.13臭氧发生器出气流量与出气〇3浓度的关系Th打OWconcentrationFi.4.13erelationshipbetween〇3and〇3g4.5.7臭氧氧化运行成本估算催化臭氧氧化工艺处理民0浓水在技术上是完全可行的,但该技术能否应用在实际运行成本是否在合理的范围内。为此,根据实验数据对运行成本进行工程中,还在于其估算。、进气和尾,可W计算出反在催化臭氧氧化的过程中,根据臭氧流量气的臭氧浓度COD的比值可W用下列公式来表示:应消耗掉的臭氧量,臭氧的消耗量与???-S=-AT/ACODV(413)r/CODCCl(in〇山)Q()式中:Sr/COD为比臭氧消耗量,g/gm/LCC代表进气和出气臭氧浓度,g。与cut分别iQ为气体的流量,L/minAT为臭氧氧化时间,minm/LACOD为氧化前后的COD变化量,gLV为废水体积,i^-(413)中Cn的入臭氧氧化反应器的〇3浓度相对稳定,式i在批式试验过程中,进41值可W根据臭氧的实际流量直接从图.2中读取,但臭氧氧化反应器尾气中化的浓度-比较。为了着反应时间的延长而增加,即式(413)中Ccut是个变量是不稳定的,它随一准确的估算臭氧的实际消耗量,本试验采用规量法测定了个反应周期臭氧氧化反应器
第40页华东理王大学硕±学位论文一.14)尾气中化浓度随反应时间的变化(参见图4,然后根据实测结果估算出个反应周-13期内臭氧氧化反应器尾气中化的平均浓度,并此平均值作为式〔4)中Ccu。t值= ̄由图4.13与4.14C./L、C51.8m/L020inin可知i?539mg〇u尸g(尾气中〇3的平均浓度),试验中的水量为0.5L,进气流量为2L/min,反应进行20min,去除COD约为40mg/L,-=-xxx=据式(413)得比臭氧消耗量Sr/COD3.951.8220/4〇〇.54.2〇/COD口)()g3g按臭氧发生器生产每公斤臭氧耗电量为16KWh,每KWh电费按当地标准0.72元计:,净化尾气所需费用按电耗费的10%计。故臭氧能耗费用36]=1.1x〇.72x16x4〇x4.2x1〇/1〇2.13元An55「S53-^.?E璋49-547-邮*''45*'05101520臭氧氧化时间(min)图4.14最优条件下臭氧尾气浓度的变化F414^i,.The地aneof〇3concentiationinoffasggg46本章小结采用催化臭氧氧化的方法对反渗透浓缩水进行处理,考察了不同种类催化剂、催化剂投加量、初始阳值、臭氧进气流量等对COD去除效果的影响W及臭氧氧化对民0浓水可生化性(B/C)的影响。得到W下结论:(1)催化剂的催化效果依次为;FeS〇4〉CuS^>负载型催化剂>MnS〇4。RO浓水经臭氧氧化处理后出水COD值<50mg化,达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》—B-(G189182002)级A标准。(2)随着催化剂FeS〇4投加量的增加,COD的去除率先升后降,催化剂硫酸亚铁的适宣投加量约为Ig/L。(3)臭氧或催化臭氧氧化都能改善民0浓水的可生化性,使用负载型催化剂时,RO浓水可生化性改善更明显5mi/C.03.28。,反应n,B就由0提高到0一(4)废水巧始pH会对催化臭氧氧化效果有定的影响,总的来说废水初始pH值越高,COD去除率亦越高。综合权衡pH调节和COD去除效果,发现pH值约为8.0的RO浓水在臭氧氧化前无需调节pH值。
华东理王大学硕±学位论文第41页(5-)WP01负载型催化剂的稳定性较好,重复使用30次其催化剂活性没有下降,一但其半衰期或使用寿命仍有待进步考察。(6)通过臭氧氧化把浙江某己内酷胺生产企业废水深度处理过程中产生的RO浓3水COD降解到50m/L^下的电费约为2.13/m。g(元
第42页华东理工大学硕±学位论文第5章臭氧氧化-SB民组合工艺处理R0巧水的硏究5.1前言一COD上章的研究表明,采用臭氧氧化工艺处理反渗透浓缩水时,不仅能去除部分,。而且还能提高R0浓水的B/C,改善其可生化性不过,直接通过臭氧氧化把COD值约为lOOmg/L的RO浓水处理到COD《50mg/L的运斤成本较高。前述及,把高级氧一起化与生化处理有机地结合在,可W降低难降解废水的处理成本。为了尽可能降低一RO浓水的处理成本-SBR组合,本文进步探讨了臭氧氧化技术处理民0浓水的可行性和效果,,,即先通过臭氧氧化对RO浓水进行预处理改善其可生化性然后再采用SBR法进行生化后处理,实现COD达标排放的目标。52.试验材料与方法5.2.1试验材料5,.2.11接种污泥的来源本试验接种污泥取自华东理工大学污水处理站的SBR池。取回的活性污泥需要经过沉淀并撇去上清液后,再注入清水进行曝气,曝气时间为24h左右,再重复之前沉淀撇去上清液的步骤,沉淀后的污泥留作试验使用。5.2丄2试验仪器与药品、试验仪器主要包括:电热板、分析天平、数湿鼓风干燥箱、分光光度计、加热棒-+空气压缩气累、PHS3C数显pH计、DO测定仪等。试验药品主要包括;尿素、磯酸二氨钟、硫酸亚铁较、重络酸钟、邻菲罗嘟、硫酸、氨氧化钢、硫酸隶、硫酸银等,规格均为分析纯。5.2.2试验装置。本研巧中SB民反应器是由有机玻璃材料制成.1)SBR,其有效容积为2L(见图4池底部设有曝气头,空气由小型气累输入,通过调节曝气控制SB民池中DO的浓度。冬季时气温降低,为保持微生物活性,采用电热棒加热,将SBR反应器内的水温控制’C在20左右。
华东理工大学硕±学位论文第43页3 ̄ ̄7 ̄—-T| ̄27E:兰□8圭-1.气聚.3.进水4.曝气头,2流量计,,,5.电热棒,6.SBK池,7.出水,8.DO仪图5-1SBR反应器示意图Fig.5.1TheschematicdiagramofSBR5.2.3分析项目及方法51表.分析项目及方法Table5.1Analysisitemsandmethods序号分析项目分析方法1COD重铭酸钟法2温度温度计3阳阳S-3C+数显P计4DO溶解氧测定仪5MLSS、MLVSS重量法5.2.4试验方法H值的民0浓水直接加入充填有WP-0(1)臭氧氧化试验方法:把未调节过p1颗粒催化剂的臭氧氧化反应器中,控制臭氧进气流量2000mL/min,,通臭氧5min后排空RO浓水进行下一批次试验反应器中的民0浓水,然后加入新鲜的。收集每个批次的臭氧氧化出水,供后续SB民单元使用。(2)SB民生化处理试验方法:臭氧氧化反应器出水收集桶中加入适量的硫酸锭和。二氨、、200:5;1然后将此水倒入含有接种污磯酸钟,把废水的碳氮磯之比控制在一泥的SB民池中。SB民池的,其中曝气120min,,开始污泥的驯化培养个操作周期约化R池有效60min水和排水时间非常短,可忽略不计。每次进水和排水量均为SB沉淀,进
第44页华东理工大学硕±学位论文一B民体积的H分之。每天白天操作3个周期,夜间闲置。每个操作周期结束时,取S池上清液,分析其COD值。此外,还定期检测SB民池的MLSS、MLVSS、SV30、DO和pH等参数。5.3结果与讨论51.3.活性污泥的驯化图5.2为经过催化臭氧氧化预处理后的民0浓水在SBR池中降解的效果。臭氧氧化出水的COD基本保持在70mg化左右。开始几天,SBR的出水COD值较高,COD的去除率仅为20%左右,主要原因是取自生活污水处理站的接种污泥对水质与生活污水相差很大的民0浓水不适应。经过9天18个批次的驯化培养,接种污泥逐步适应了新的水质条件,所WSB氏出水的COD逐渐下降,并稳定在50mg/LW下,达到了《城镇污—》GB-水处理厂水污染物排放标准(189182002)级A标准。除了进出水COD外,试验过程中还测定了SB民池MLSS和SV30,结果如图5.3所示。SB民系统中MLSS的浓度在开始驯化的前五天呈现小幅下降,之后又稳步回升,并稳定在3000mg/L左右。MLSS在试验初期小幅下降是由于接种污泥取自W生活污水为主的污水处理站,而本试验的处理对象是民0水,虽说在进入SB民前民0浓水己经经过臭氧氧化预处理,可生化性也得了较大改善,但是其水质,特别是TDS浓度与生活一一些污水还是有较大差别,故接种污泥必须经过段时间的驯化培养才能适应新环境,不能适应新环境的微生物被淘汰,从而导致生化试验初期MLSS略有下降。通过对过程一 ̄中SV30的测定,计算出污泥SVI为99108mL/g。SVI值处在个较佳的范围,这说明本试验SB民池中污泥的沉降性能良好。80r1001—80.A6050-§!S40-m4D§3。-I-2010-QI1IIIIIIIIttItIIIItIIQ01234567891011121314巧1617181920巧R运行时间(d)—,^进水-_#(:00(■出水COD去除率图5-2经臭氧预处理的反渗透浓缩水生化降解效果F..etodatonafterozonatnig52Theffecfbiodegraiio
华东理工大学硕±学位论文第45页5100000「]"904--4-MLSS-*^SV30500-804000--70^-'巧00_60jg^^?一4??-.至3000-參命命?牛伞50A參?巧。。-顯j三兰三:記2000-之-20-1500-10'^'**1000I'0036912151821运行时间(d)图5.3SBR系统中MLSS与SV30的变化Fig.5.3ThechaneofMLSSandSV30inSBRg5.3.2曝气时间对生化效果的影响曝气时间是SB民运行过程中非常重要的参数,曝气时间的长短直接影响着SB艮池内微生物的生长情况,并对污染物的处理程度W及出水水质起着决定性的作用。曝气时,影响最终间过短,,无法供给微生物足够的氧气供微生物呼吸的氧气和代谢时间不足一DCOD的降解效果般的随着曝气时间的延长CO的去除率逐渐提高,当废水中剰余的。一一降到某值W后步降解,若继续延长曝气时间,,溶液中残留的有机物很难被微生物进一D加曝气的动力消耗,造成能源的浪费。因此需要非但不能进步降低CO,相反会增。通过试验,使得降解效果达到最佳,又不至于消耗过多的动力,确定合适的曝气时间图5.4为曝气时间对出水COD的影响。4COD值下降速度较快。前45min,COD的从图5.可W看出,在开始曝气的初期值由进水的73mg化下降到了52mg/L,DO维持在2mg/L左右。这是由于在生化反应开始时,活性污泥中的微生物处于营养饥饿状态,污泥絮体能够吸附大量的有机污染物并对其进行氧化降解。随着曝气时间的增加,池内的大部分可生物降解的有机物己经被微120min4m/L,此后基。生物利用,在时降低到4本不变,COD的降解速率逐渐降低gDO浓逐渐上升AL,已DO。池内的度在60ininW后,到120min时达到8mg的饱和浓度主要原因是随着曝时间的延长,COD值逐渐下降,微生物的耗氧速率也随之下降,而供氧速率没有变化,从而使的DO逐渐升高并趋于饱和。过高的IX),对COD降解没有什么益处。因此,在实际工程中可采用渐减曝气法,W节省,相反却浪费了曝气能耗SBR—曝气的能耗120min后,COD几乎基本不再下降,因此个操作。曝气时间超过周期的曝气时间控制在120min为宜。
第46页华东理工大学硕±学位论文75r.9\-章60-5言y/—COD值+溶臟E—55-4;\/?!?1'''1'40Mr00306090120150L80:曝气时间(min)图5.4曝气时间对COD去除效果的影响Fig.5.4TheeffectofaerationtimeonCODremoval5.3H.3进水p对生化效果的影响nwsstiR工?大量文献表明,SB艺的最适pH为69,个别的也有当进水pH呈弱酸性129[]时处理效果良好。pH值影响微生物的代谢,因此对SBR系统的降解有着重要的影响。pH值较低时微生物蛋白质变性;pH值较高时影响酶对微生物系统的催化功能,使代谢功能受到阻碍。因此在本实验中,对SB民的进水pH值进行调节,考察不同pH值D去下的CO除效果.。,试验如图55所示70100厂]-9060—值B-COD去除率805。-7。^\苗-5。-S30-賽20-是I■-2。1。广-I10I'0''>106...065707.58.08.59.0pH图5.5pH对SBR出水COD的影响Fig,5.5TheeffectofHvalueonCODremovalp
华东理工大学硕±学位论文第47页?8OD的%左右。但.5,达到40从图5.5可看出,在pH为7.0时C去除效果最好一41H是pH值偏低或偏高均不利于COD的降解。由上章中图.0可W看出,p值约为8.2的民0浓水直接进行催化臭氧氧化,反应后出水的pH值约为7.5,刚好在微生物最H值得范围内。适。因此RO浓水在催化臭氧氧化前后均不需要调节pH值pBR5.4沉淀时间对SSS的影响.3出水一一B民沉淀时间是SB民系统的又重要指标。沉淀时间过长方面会延长S操作周期,tuw一至污泥腐化上浮,另方面也可能使活性污泥内缺氧发生反硝化反应,甚,导致污泥止曝气后混合液中的活性污泥来不及沉淀,会使增加出水的SS,停。而沉淀时间过短出水的SS增加。为此选择了不同的沉淀时间,对沉淀后的上清液SS进行了测定,测定结果如图5.6所示50r40QIso-巧20-舍?巧10->II-tIQJ10203040506070沉淀时间(min)5SS图.6沉淀时间对的影响TfectlFttintimeonSSlevelig.5.6heefofseg40m1延长而逐渐减小。当沉淀时间达到in由图5.6可^看出,出水的SS随沉淀时间时,SB民反应器中泥水界面清晰,活性污泥沉淀后,上清液中用肉眼几乎看不到悬浮物,上清液的SS约为,SB民中泥水13mg化。继续延长沉淀时间,上清液SS基本没有变化民一60min左右足够界面的位置也基本没有变化。因此,SB个操作周期的沉淀时间控制了。,没有必要再延长沉淀时间5.3.5成本核算-催化臭氧氧化SB民组合工艺的成本分为两部分:一一=化上4.12与4.13可知Cin53.9m、部分为臭氧氧化,与章中成本核算相似由图g=?,进气流量为2L/min/L05min为0.5L,C50尾气中〇3的平均浓度),试验中的水量au.3mgt(反应进行5min,去除COD约为20mg/L,=-xx5=-r/C0D3.9502〇x〇.5./OD据式13)S.32/36g〇3gC(4得比臭氧消耗量口)()按臭氧发生器生产每公斤臭氧耗电量为16KWh,每KWh电费按当地标准化72元10%计。故臭氧能耗费用;计,净化尾气所需费用按电耗费的6]=Ux〇.72x16x2〇x3.6x1〇Vi〇〇.91元/m
第48页华东理王大学硕±学位论文一另部分为生化处理单元,通常去除化COD曝气的电耗约为化8KWh升g,加上提3粟的电耗和污泥处置费用等,估计SBR单元的运行成本不会超过化20元/m。3-SB艮组合工艺的运行成本约为综合上两部分,可知催化臭氧氧化1.11元/m(不含人工和折旧)。5.4本章小结本章采用催化臭氧氧化-SB民组合技术处理RO浓水SB民工艺对臭氧氧化预,即用处理过的RO浓水进行生化后处理,对SBR工艺的主要影响因素进行了优化,得到下结论:(1)民0浓水经过臭氧氧化预处理后COD降至约70mg/L,再经SB民生化处理后COD可稳定在50mg/L的排放限值之下。SBR—Om(2)个操作周期适宜的曝气时间为口in,沉淀时间为60min。3)-SBR组合技术处理RO浓水时(采用催化臭氧氧化,无论是在臭氧氧化前还是在臭氧氧化后都不需要调节RO浓水的pH值,便于运行管理。34)-SBR组合工艺(催化臭氧氧化的运行成本约为1.11元/m(不含人工和折旧)。
华东理工大学硕±学位论文第49页第6章臭氧氧化-生物活性炭组合工芝处理RO浓水6.1前言近年来生物活性碳(BAC)工艺由于其产泥量少、固液分离简便、处理效率高被广泛关注。与传统的活性炭吸附技术相比,BAC解决了吸附容量的局限性与吸附饱和后的再生问题。生物活性炭工艺可W简单描述为:废水经过负载生物膜的活性炭柱时,废水中的有机物被活性炭吸附,同时被生长在活性炭空隙及表面的微生物氧化降解,最终被氧化为水、二氧化碳等。从微观的角度分析,此两种工艺存在协同作用而不是简单的UW-叠加。臭氧生物活性炭工艺是基于臭氧氧化和生物活性炭两种工艺相结合的新型工-艺,本文首先考察了活性炭的吸附作用,然后探讨了臭氧氧化BAC组合工艺处理R0浓水的可行性和处理效果。6.2材料与方法6.2.1活性炭及活性污泥来源试验用到的活性炭来自上海水合环境工程有限公司,直径约为3mm左右。挂膜所用的活性污扼与第五章相同,取自华东理工大学污水处理站SBR池。6.2.2试验方法6.2.2.1活性炭吸附一准确量取定体积的反渗透浓缩水一,倒入烧杯中。准确称量定量的活性炭,加入烧杯中一,在每个烧杯中放个磁为揽拌子,然后将烧杯置于六联磁为揽拌器上,打开磁力揽拌一,控制合适的转速,每隔定时间取样测定COD。6.2.2.2臭氧氧化本章的臭氧氧化试验方法与上一章完全相同。6.2.2.3生物活性炭生物活性炭柱有效体积为1L,柱内部填充了300inL的活性炭。柱子底部装有砂拉曝气装置,空气通过此装置向系统中曝气,提供微生物降解有机物所需的溶解氧。采用上流式进水,巧子上方预留反冲洗的空间。柱子外层设有循环的水浴,保持柱内温度在°25C左右。在巧子中间部位有取样口,定期取样对出水的COD及UV254进行测定。臭氧氧化与生物活性炭联用试验装置如图6.1所示。
第50页华东理工大学硕±学位论文AC反应巧變销蛛’一.麵1r—與—*进水池%5y计量聚蠕动聚图6.1生物活性试验装置简图F.1hemaig氏ThescticdiaramofBACtestinrocessggp6.3结果与讨论6.3.1活性炭吸附时间对COD去除效果的影响取lOOOmL的反渗透浓缩水于烧杯中,加入化8g颗粒活性炭进行吸附实验。分别在5min、lOmin、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min时取水样,并测定其COD值,结果如图6.2所示。120r100]COD圓誦圓去除率100WV8080客冢■"4。§4。I-2020‘10■1:10020406080100120吸附时间min()62图.吸附时间对COD去除效果的影响Fi.6,2hee齡ctofadsorigTptontimeonCOD化111〇节31
华东理工大学硕±学位论文第51页COD去除率随吸附时间延长快速上升,由图6.2可W看出,在吸附实验初始阶段,〇在5min时COD去除率约为20.8/〇,20mm时COD去除率约为28.7%;之后继续延长吸附时间,COD去除率增加缓慢,90inin后,COD去除率基本不变。这是因为活性炭具。在吸有很大的比表面积和发达的孔隙结构,在短时间内就能快速吸附废水中的有机物一附定时间后,即趋于吸附平,活性炭表面有机物的浓度与溶液中有机物浓度的差减小继续延长吸附时间COD去除率不再増加。为了确保吸附过程充分进行,后续试衡,故验的吸附时间均为90min。6.3.2活性炭用量对COD去除效果的影响一,,但是活性炭用量越大吸附操作的运行般来说活性炭用量越大,吸附效果越好成本越高。本试验分别取〇.2g/L、0.5g/L、0.8g/L、2g化、5g/L、lOg化活性炭进行吸附试验D去除效果的影响,结果如图6.3与6.4所示。,考察了活性炭用量对CO120100r1-90〇出水COD去除率100—80<1-70至-60?\爸、一 ̄一〇6D-50J■—-■■坚■一40W40-I^-2020//-10!——1?^」0I—0I0246810活性炭用量(g/U图6.3活性炭用量对COD去除率的影响^movaFi63TheefectofactivatedcaibondoseonCODrelg..
第52页华东理工大学硕±学位论文100「90-t80-1^70-1bO\至60-\剌50-i40-i\皆30-\20-N*-10*0I'*'1'0246810活性炭用量(g/U图6.4活性炭用量对吸附容量的影响Fig,6.4Theeffectofactivatedcarbondoseonadsorptioncapacity由图6.3可W看出,COD的去除率随活性炭用量的增加而增加,但当活性炭用量超过0.8g/LW后,继续增加活性炭的用量,COD去除率增加甚微,即使活性炭用量增加到lOg/L,RO浓水中残留的COD仍有55mg/L,这说明民0浓水中半数W上的COD很,单纯用活性炭吸附法处理RO浓水难被活性炭吸附。换句话说,几乎不可能将其COD处理到50ing/L么下。而由图6.4可见,当活性炭用量从0.2g/L増加到lOg/L,吸附容量95m-COD-A--A从g/g.C.下降到5mgCOD/g.C.,即活性炭的有效利用率随其用量的增加而减小。6.3.3吸附等温线一定温度下在,吸附量随吸附质平衡浓度的变化曲线称为吸附等温线。在水处理过程中,描述活性炭吸附最常用的等温线是Langmuir等温线和Freundlich等温线。Langmuir等温线是由物理化学家Langmuir在1916年根据分子运动理论所提出的。一,吸附在固体表面的气体分子之间无作用为假设吸附剂表面的性质均,气体分子在固,被吸附分子可W重新回到气相体表面视为单层吸附,达到吸附平衡时,吸附与脱附速度巧等。Langmuir等媪线的数学表达式为:=-(61)品品^式中:x/m为单位质量吸附剂上吸附的吸附质质量,mg吸附质/g活性炭Ce为吸附平衡时吸附质浓度,mg/La,b为经验常数将式(6-1)改写成如下直线式:-=王-lnlnK+InCe(62)fmn
华东理工大学硕±学位论文第53页Freimdlidi等温线是Freundlich于1912年提出的经验式,该模型假设吸附剂表面吸,其形式为:附位分布不均匀,吸附剂进行多层吸附达到平衡王i/n(6-3=KCe)fmm为单位质量吸附剂上吸附的吸附质质量,mg吸附质/活性炭式中:x/gKf为Freun地化容量系数1/n为Freundlich强度系数,Ce为吸附平衡时吸附质浓度,mg/L-直线式将式:(63)改写成如下--=王心(64)4+―aabCe()。1/Ce对l/(x/m图得到图6.5,WInCe对ln(x/m)作图得到6.6iU)作0.2r令_=巧.llxy03573-'^=0.15R0.9372/。1I0-.05—1IiJ■…-1Q0..0.020.010.012.014001600181/Ce6ir图.5Langmu等温线Fmuiisrmig.6.5La打grothe5广4V-1=-y7.0553x26.655"=R.,09897,,0,4.4...544.124344InCelh图6.6Freundic等温线Fi.6.6Freundlichiso化ermg't
第54页华东理工大学硕±学位论文表6.1活性炭吸附等温线拟合方程Table6.1Fittingresultsofiso化ermconsents2吸附类型拟合方程民…*〔6L-=—_mu.9angir0372l-001227Cem.—7Fnd王=*12扣'〇653reul265100.9897ich.m由线性拟合的相关性系数可知,在研巧的范围内,活性炭吸附RO浓水中COD的一些两种模式的相关性均较好,Freumllich吸附模型的相关系数更大。根据拟合得到的Freund--lich吸附等温式计算可得,活性炭的饱和吸附容量为113mgCOD/gAC。6.3.4生物活性炭挂膜为了解决活性炭吸附饱和后的再生问题,采用在活性炭表面和孔隙结构中进行生物挂膜的方式,将活性炭吸附的有机物进巧生化降解,同时发挥吸附及生物降解两种作用。下面对挂膜W及生物活性炭运斤条件进行试验。^'-m挂膜期间的主要运行参数:进水速度为15mLin,反冲洗周期为10天,滤柱外°设有25C恒温水浴。每日对出水的COD与UV254进行测定,如图6.7和6.8所示。100100「1-90-9080--80^寒-<60.-602念〇孝卿相20-2010--100I111111100510152025303540挂膜时间(d)__—进水COD出水CODACOD去除率图6.7挂膜期间COD的变化情况Fig.6.7ThechangeofCODduring化ebiofilmformed
华东理王大学硕±学位论文第55页1100「1--900.9--800.8-0-70.79一--600.6。;-03-30>龍燃XXXX似*斬。02-20-10011f1J10I1100510152025303540挂膜时间(d)—-V2-UV254去进水UV254-_*?*出水U54除率图6.8挂膜期间UVk4的变化情况Fi6ThhaneofUVdurin化ebiofilmformed..8ecg254ggCODUV.7及6,的去除率由图6.8可看出挂膜初期主要是活性炭吸附作用与254较高均达到65%1^上。随着时间的推移,吸附作用减弱,COD与UV254的去除率不断。在此期间,分散的细菌通过细胞间的降低,逐渐形成活性炭吸附与生物降解协同作用,并分泌有黏性的胞外物质相互作用聚集形成生物膜。胞外物质更牢固的吸附在活性炭表面。当活性炭吸附与生物降解达,协助活性炭吸附废水中的有机成分并对其进行氧化到动态平衡时,活性炭表面及孔隙里的微生物生长趋于稳定,在第30天开始,COD与一40%左右UV个稳定的状态,此时挂膜成的去除率不再下降而是维持,去除率均为254一熟,可W进行进步的研巧。6.3.5空床停留时间对去除效果的影响空床停留时间(Emtybedcontacttime,EBCT)是指在没有添加活性炭时,水流经p一滤层厚度与水力负荷的比,单位Wmin计。过炭床所占体积所需要的时间,表示的是般EBCT越长,废水与生物活性炭接触时间增加,生物降解有机物更彻底。但是EBCTEBCT对COD去除选择。,并过长,投资也相应提高所W需要通过试验考察率的影响最佳条件。本试验选择了不同的EBCT进行试验,对CODW及UV254进行测定,考察处理效果。
第%页华东理王大学硕±学位论文100r1001-90-90-80-80 ̄ ̄■?70*?^ ̄-^709-一50:三泼-40-40W§U30--30"^—〇*"**""""*"*"".**^^***^^**""'*。*"A含4"""^—-Tirrl20dra20-10-1011101tII1111I01234567891011121314天数(d)—进水COD_?出水CODCOD去除率69=OD的去除图.EBCT15min时C效果Fi=.民9TheremovalofCODasEBCT15mgin1100「]0-.9-90-化8-80-0-^.7709-e〇-6-60r-^0.5-50—^S.畜〇.4=左:=;iP5=t4=fct=t=S=t=?P=:=40t|>jI-三0.3-30^-:0.2-20 ̄* ̄— ̄ ̄- ̄ ̄ ̄0-1"Ak***Tfc ̄* ̄* ̄n10I11IIII1QiII1Q1234567891011121314天数(d)进水UV254出水UV254UV254去除率61EBCT=图.015mm时UVk4的去除效果Fi61T=g..0heremovalofUVasEBC254T15min
华东理王欠学硕±学位论文第57页100100「1-90-90-80-80一—?一"^户^^70^705"■-<60-60;-J50-50蔡〇40405■830-30〇U-20-20-10-10?1I?1I>QIII1IQ1234567891011121314天数(d)--.—COD--CODCOD去除率_?进水H出水Tfc=图6.11EBCT30mm时COD的去除效果=Fi..11ThlfCODasEBCT30ming6eremovao11001--900.9--0.880^--7090.7^°I;;5I"-**【^—*^0.41a40S化-30-■30^3一 ̄ ̄ ̄ ̄ ̄—■ ̄—■—m■H—■ ̄?m—? ̄ ̄■II^20-0-10.1I>iIIi!{I!Q{\1Q1234567891011121314天数(d)进水UV254出水UV254UV254去除率T=30minUV图6.12EBC时2S*的去除效果FEB=30mini12TheremovalofUVasCTg.6.254
第58页华东理工大学硕±学位论文100100「1-90-90-80-80?一7070^S6060;是I;5DA±50一■^""***? ̄一Hk*^古1、盗一'- ̄40—-*>—-■■、 ̄一■?^40I■、-■1I_■^^g?11-S30-30吕U-20-20-10-10IIIQI1IiIIIIIIIQ1234567891011121314天数(d)进水COD化水CODCOD去除率=图6.13EBCT60min时COD的去除效果Fi613T=..heremovalofCODEBCT60mingas1100「1-0-.990-0-.880--0.7709:i?05===^*,K:t=本幸=^龙l〇;440I-^0.330I;—■_J——*—■0-?m■■ii畫220-0-.110I1JiIIIIIIQ11Q1234567891011121314天数(d)--进水—UV254-UV254UV254出水a*去除率=图6.14EBCT60min时UVk4的去除效果Fi..14ThlofUVEBC=g6eremova254asT60min ̄由图6.961T的D.4可W看出,随着郎C增加,CO与UV254的去除率均有所提高。=D〇在邸CT15min时,CO的去除率在20%左右,而UV254的去除率仅为10/〇左右。适EBCT ̄当延长,达到30mm时,COD的去除率提高到了45.2%38.2%,UV的去除率254一?451,提高到了39.1%.%UV254的去除率较COD提高的更多,这是因为般在紫外区被132[]吸收的物质分子量都较大,在微生物降解这些物质时需要更长的接触时间。继续延长閒CT达到60m,inCOD与UV254去除率虽然有所提升,但是幅度较小。说明当邸CT
华东理工大学硕±学位论文第巧页达到30min时,生物活性炭对该废水的去除效果己经接近最佳状态,出水COD值可W达到40m/TL左右g,符合排放标准。6.4本章小结(1)采用活性炭吸附的方法对反渗透浓缩水进行处理,90min时趋于吸附平衡。(2)活性炭对R0浓水中COD的吸附符合Freundlidi模型,饱和吸附容量约为-1-13mCOD/AC。gg(3)民0浓水经过臭氧氧化预处理后COD降至约70mg/L,再用生物活性炭工艺进行处理,出,当生物活性炭的邸CT为30min时,COD及UV254的去除率接近最大值一水COD值可稳定在40mg/L左右,达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》级A标准。
第60页华东理工大学硕±学位论文第7章结论与建议7.1结论(1)采用Fenton氧化工艺处理己内醜胺生产企业在废水深度处理过程中产生的反渗透浓缩水,可W将其COD降解到50mg/L的排放限值下。(2)Fenton试剂氧化法处理RO浓水的适宜条件为:阳3.5,&〇20.5mL/L,2+nH==〇:nFe2:lt20min。在优化条件enton(22)),1下,用F氧化法把COD为lOOmg/L(左右3的RO浓水处理到COD《50mg/L的运行成本约为2.34元/m。F巧〇WP-(3)4、CuS〇4、MnS〇4和01负载型催化剂催化臭氧氧化处理反渗透浓eS>WP-缩水,它们的催化效果依次为;FA>CuS〇401负载型催化剂>MnS化。(4)WP-01负载型催化剂稳定性较高,重复利用30次催化活性没有下降。用该负载型催化剂催化臭氧氧化RO浓水,在臭氧流量为2000mL/min条件下,反应20min就3。可将COD降解到排放限值W下,但处理成本较高,约为2.13元/m(5)在有催化剂存在的情况下,短时间的臭氧氧化就可把RO浓水的B一/C由化03提高到0.28,使RO浓水的可生化性得到蟲著改善,有利于进步的生化处理。(6)采用臭氧氧化-SB民姐合工艺处理民0浓水COD约为,当臭氧氧化单元出水70mg/L,SB民的曝气时间120min时,最终出水COD可稳定在50mg/LW下。该组合工33艺的运行成本约为1.11元/m,比单纯的臭氧氧化工艺低1.02元/m。7)采用臭-生物活性炭(氧氧化(BAC)组合工艺处理民0浓水,当臭氧氧化单元出水COD约为70mg/L、BAC的空床停留时间(EBCT)为SOrnin时,最终出水COD/L-泌民系可稳定在40mg左右,优于臭氧氧化统。7.2建议-0虽然在本项目试验期间,WP1负载型催化剂重复使用30次,其催化活性没有下降一,但其半衰期或使用寿命尚待进步研究。建议在浙江某己内醜巧生产企业现场建立一一-生物活性炭组合工艺的中试装置套催化臭氧氧化,方面优化臭氧氧化的工艺条件、一-0评估WP1负载型催化剂的半衰期或使用寿命,另方面优化臭氧活性炭的工艺条件,为工程设计和应用奠定坚实的基础。
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华东理工大学硕±学位论文第69页致谢经过了H年的学习和试验研究,顺利完成论文,我要向所有在硕±阶段对我支持、帮助!、鼓励的人致W最诚挈的谢意*********首先要感谢教授、副教授、等老师的支持与帮助。本论文的开题、试验、分******析与撰写都是在老师的悉屯、指导下完成的。老师严谨的治学态度和工作作风、高度。的敬业精神,诲人不倦的高尚品德对我影响深远感谢身边的朋友在科研和生活中都给予了我许多帮助,并陪我度过了愉快而又充实的H年,我会永远珍惜这段美好的扣光。一直对我的支持与鼓励最后还要感谢我的家人。再次感谢所有帮助我的人!,谢谢你们对我的付出'
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