高浓度煤化工废水的处理新技术研究

发布时间：2017-05-11 20:13

  本文关键词：高浓度煤化工废水的处理新技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤化工废水有机污染物种类多,COD高,严重污染水源生态环境,对人类、动植物的健康也造成一定威胁。因其具有高浓度难降解的特性,用单一的处理方法,往往难以达到国家排放标准,所以经常需要在深度处理之前先对其进行预处理。而且某些处理方法虽然效果好,但经济成本高,不适合大规模运用到实际生产中。因此探索一种经济实用且效果明显的处理煤化工废水的方法,不仅可以解决当前煤化工废水难以达标的问题,而且对于保护人类水环境,促进水资源可持续发展具有非常广泛的生态和经济意义。本文以北京某煤化工工厂的煤化工废水为研究对象,主要研究内容有：(1)对煤化工废水的来源、特点以及处理现状进行了介绍；针对所选煤化工废水采用适合的处理方法,并对其方法进行了现状研究。(2)针对煤化工废水高浓度难降解的特性,选用酸化+复合絮凝法对废水进行预处理。将煤化工废水进行过滤,探索酸化沉降的最佳条件,选取聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝(PAC)和明矾(KA1(SO4)2·12H2O)三种絮凝剂分别和助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)复配处理煤化工废水,从而确定最佳预处理方案。(3)由于煤化工废水预处理后一些难降解物质仍存在,出水水质难以达标,选用DSA电化学法对其进行深度处理。从实验室四种DSA电极(Ti/TiO2-Ta2O5-IrO2-SnO2、 Ti/TiO2-IrO2-RuO2-SnO2、Ti/TiO2-Ta2O5-IrO2、Ti/TiO2-IrO2-RuO2)中筛选出最佳DSA阳极,以钛板为阴极,在电解单因素实验基础上进行正交试验,得出正交试验的最优组合。为了优化实验结果,在正交试验最佳条件下进行了极板排列研究,从中筛选出最佳处理效果所对应的极板排列方式,用该极板排列方式对预处理后的煤化工废水进行电化学法深度处理。(4)对确定的酸化复合絮凝+DSA电化学法处理煤化工废水的技术工艺进行成本可行性分析和降解机理的研究。通过对实验结果进行研究分析,得出主要结论：(1)对煤化工废水预处理时：单独使用无机絮凝剂的条件下,PFS的絮凝效果要比PAC和明矾好；无机和有机絮凝剂复配的条件下,PFS+PAM的复配絮凝效果要强于PAC+PAM、明矾+PAM和任何絮凝剂单独使用的效果。(2)煤化工废水的最佳预处理方案：过滤废水,pH=3酸化后沉降再次过滤；调节pH=8且PFS和PAlM的复配比为50：1,此种情况下废水COD、氨氮、挥发酚和色度的去除率分别达到了77.83%、83.70%、69.01%和95.71%。(3)对煤化工废水进行深度处理,通过单因素实验筛选出最佳DSA阳极为Ti/TiO2-Ta2O5-IrO2-SnO2电极,并对极板间距、电压、电解质NaCl、pH值、电解时间对煤化工废水的深度处理做了研究,得到单因素最佳实验参数；在单因素实验基础上,挑选部分有代表性的因素做正交试验,各主要因素对COD去除率的影响主次顺序为电压电解时间pH电解质NaCl添加量。正交试验的最佳实验参数：在选定催化阳极Ti/TiO2-Ta2O5-IrO2-SnO2和最佳极板间距1cm前提下,电压5.5V、电解质NaCl添加量2gL、pH为6、电解时间3h。(4)为了优化实验效果,在深度处理正交试验的最佳实验参数条件下,研究了极板排列方式对煤化工深度处理的影响效果,得出DSA电催化氧化法深度处理煤化工废水的最佳极板排列方式为复极性极板排列,试验条件为：Ti/TiO2-Ta2O5-IrO2-SnO2阳极与电源正极相连,钛阴极与负极相连,中间排列Ti/TiO2-Ta2O5-IrO2一个电极的复极式极板排列方式。对预处理后的煤化工废水用该最佳深度处理方案处理后,COD、氨氮、挥发酚和色度去除率分别达到98.41%、99.64%、99.85%和99.57%,分别达到污水综合排放标准GB8978-1996三级、二级、三级和一级排放标准。(5)选用的最佳处理方案中,煤化工废水预处理方案酸化-复合絮凝法经济成本低,仅为1.4903元／吨废水,工艺经济实用,降低了后续深度处理的负荷。预处理中酸化法破坏了废水中一些极其稳定的有机污染物,破乳除油；而复合絮凝的PFS能提供大量的多羟基络合离子,且PAM与PFS联用使絮体迅速凝结变大,加速其沉淀,增强净化效果；深度处理方案DSA电化学法能耗较低,为0.0281 kW · h/g,经济成本为62.61元／吨废水,工艺经济实用,为实际生产提供了很好的参考价值。深度处理主要通过DSA电极的间接氧化作用,而复极式极板排列增加了电极有效比表面积,增强了电子跃迁。本课题运用酸化絮凝-DSA电化学法新技术工艺处理煤化工废水,处理成本较低,可操作性强,工艺实用,为实际生产提供了很好的参考价值。
【关键词】：煤化工废水 酸化法 复合絮凝 DSA电极 极板排列
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X784
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-28
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 煤化工废水的来源13-14
• 1.3 煤化工废水的特点14
• 1.4 煤化工废水的处理研究现状14-20
• 1.4.1 物化预处理15-17
• 1.4.2 级生化处理17-18
• 1.4.3 深度处理18-20
• 1.5 酸化法处理废水的研究现状20-21
• 1.5.1 酸化法机理简介20-21
• 1.5.2 酸化法在废水处理的应用21
• 1.6 化学絮凝法处理废水的研究现状21-24
• 1.6.1 化学絮凝剂的分类22
• 1.6.2 化学絮凝法机理简介22-23
• 1.6.3 化学絮凝法在废水处理中的应用23-24
• 1.7 DSA电化学法处理废水的研究现状24-25
• 1.7.1 电化学法氧化机理24-25
• 1.7.2 DSA电化学法在废水处理中的应用25
• 1.8 研究课题的学术思路25-26
• 1.9 研究课题的主要内容26-28
• 2 实验材料与方法28-34
• 2.1 实验药品28-29
• 2.2 实验仪器29
• 2.3 实验分析项目及方法29-34
• 2.3.1 COD测定29-30
• 2.3.2 氨氮测定30-31
• 2.3.3 挥发酚测定31-32
• 2.3.4 色度测定32-33
• 2.3.5 pH值测定33-34
• 3 酸化-复合絮凝法预处理煤化工废水34-46
• 3.1 实验原水水质指标34-35
• 3.2 主要试剂35
• 3.3 实验方法及分析35
• 3.4 实验结果与讨论35-45
• 3.4.1 过滤预处理35-36
• 3.4.2 酸化预处理36
• 3.4.3 最佳混凝剂选择36-39
• 3.4.4 复合絮凝法对处理效果的影响39-43
• 3.4.5 酸化和复合絮凝顺序研究43-44
• 3.4.6 酸化后复合絮凝和直接复合絮凝的比较44-45
• 3.4.7 最佳条件下复合絮凝处理的效果45
• 3.5 本章小节45-46
• 4 DSA电化学法深度处理煤化工废水46-60
• 4.1 实验废水水质指标46
• 4.2 主要试剂46-47
• 4.3 实验方法及分析47-48
• 4.4 实验结果与讨论48-54
• 4.4.1 最佳DSA阳极确定48-49
• 4.4.2 极板间距对降解效果的影响49-50
• 4.4.3 电压对降解效果的影响50-51
• 4.4.4 电解质NaCl对降解效果的影响51-52
• 4.4.5 pH对降解效果的影响52-53
• 4.4.6 电解时间对降解效果的影响53-54
• 4.5 正交试验优化54-55
• 4.6 极板排列优化55-58
• 4.7 深度处理后废水中余氯达标情况58
• 4.8 最佳条件下深度处理的效果58-59
• 4.9 本章总结59-60
• 5 煤化工废水的处理优化工艺的可行性和成本分析60-63
• 5.1 煤化工废水的处理优化工艺总结60
• 5.2 可行性分析60
• 5.3 成本分析60-63
• 5.3.1 预处理成本60-61
• 5.3.2 电解成本61-62
• 5.3.3 总成本62-63
• 6 机理探讨和分析63-70
• 6.1 酸化法处理机理探讨和分析63-64
• 6.1.1 酸化法基本原理63
• 6.1.2 结合煤化工废水的酸化法机理分析63-64
• 6.2 复合絮凝法处理机理探讨和分析64-66
• 6.2.1 复合絮凝法基本原理64-65
• 6.2.2 结合煤化工废水的复合絮凝沉淀机理分析65-66
• 6.3 DSA电化学氧化机理分析66-70
• 6.3.1 电化学水处理分析66-67
• 6.3.2 结合煤化工废水的DSA电化学降解机理67-70
• 7 结论与建议70-72
• 7.1 结论70-71
• 7.2 建议71-72
• 参考文献72-80
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果80-81
• 致谢81-82

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