污水及其碳氢资源回用技术研究
发布时间：2020-11-03 00:39
传统污水的资源化主要是研究水本身的回用,回用水主要用于绿化、洗涤、工业冷却水等。污水回用技术,从一定程度上缓解了水资源的紧张,但是忽略了污水中含有的丰富的碳氢资源,将这些更有用的资源当作“垃圾”处理掉,降低了污水的可利用价值。污水中的COD是一种含能有机碳氢物质,从污染方面来看是污染物,然而从资源方面如果利用得当的话是丰富的有机碳氢资源。如何通过技术本身降低污水处理成本,同时将有机碳氢资源从污水中分离、富集并转化成能源产生利润反馈于污水处理,达到污水处理、水资源回用、碳氢资源回收的多重目的,是污水循环经济研究的重点。污水中资源的价值分两部分,一部分是水资源回用价值;一部分是污水中有机碳氢资源价值。如果能在污水处理的同时获得能源,则可以一举两得,真正实现可持续发展。 论文针对目前污水处理现状,围绕循环经济主题,提出以回收生活污水中机碳氢资源价值为主要目的的污水循环经济新思路和具体模式。本文重点研究了污水碳氢资源回收和水回用技术,使污水循环经济更具有可行性。通过对生物质锯末物理化学性质及其环境效应的讨论,将生物质锯末这种农林废弃资源作为一种新型环境材料,用于有机废水的处理,并将吸附了有机质的锯末进行碳氢资源循环研究;利用生物质催化气化技术和厌氧发酵技术,实现碳氢资源的循环;结合人工湿地作为后续工艺,使经锯末吸附-人工湿地法处理的生活污水达到国家中水回用水的标准,实现生活污水的资源化。 通过大量的研究,获得的主要成果如下: (1)针对目前水处理现状存在的问题,分析了循环经济和污水处理的关系,提出了污水处理新思路,即污水及其碳氢资源回用技术思想和模式。 (2)通过锯末对生活污水TOC的静态吸附实验和动态吸附试验研究,对锯末的吸附特性及对生活污水TOC的去除效果和吸附量进行系统的分析,并对其吸附机理进行了分析探讨。试验结果表明锯末对生活污水具有较好的吸附性能,为污水及其碳氢资源回用技术奠定理论基础。 (3)将生物质吸附塔放大,结合人工湿地等处理单元,形成中水回用和碳氢资源回收系统。研究了系统对对色度,浊度,CODcr、BOD5、NH3-N的处理效果,经系统处理的出水的指标均达到了《生活杂用水水质标准》(CJ/48-1999),实现污水回用和碳氢资源回收双重目标。 (4)利用生物质裂解气化和催化重整技术,确定工艺条件,将碳氢资源进行能源回收利用。吸附前锯末气体产量为1.19m3/kg,富集有机物的锯末催化气化气体产量1.50m3/kg,比原始锯末气体产量提高26.1%,氢产量也增加38.8%,热值增加1349kJ/Nm3,显然吸附后的锯末其他产量远大于吸附前的锯末;此外,吸附后的锯末的产氢量也高于吸附前锯末。由此可见,在相同试验条件下,富集有机物的锯末产气量和产氢量均高于原始未吸附过的锯末,这部分是由富集和截留的有机物所贡献的。 (5)采用厌氧发酵系统,利用被吸附的有机物和锯末作为碳、氮源进行了吸附前后锯末的厌氧发酵试验,生产有用的发酵产品。通过三组实验对照,空白样产甲烷量只有0.87L,未吸附锯末产气量是3.94L,吸附后锯末总产气量为18.70L,是未吸附的4倍多,吸附工艺回收的锯末日产气量明显高于原始锯末,产气总量远远大于原始锯末。试验结果证明用低成本的生物质净化处理城市生活污水,浓缩富集污水中的碳氢资源,并用吸附后的生物质作为厌氧发酵原料产生沼气能源,具有理论和实践的价值。通过SEM图片和傅立叶变换红外光谱图分析了碳氢能源循环的机理。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2007
【中图分类】：X703
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 自然界水资源
1.2 我国水资源与水环境现状
1.3 国内外污水资源化研究进展
1.3.1 传统污水资源化的内涵和意义
1.3.2 国内外污水再生主要处理工艺
1.3.2.1 活性污泥法
1.3.2.2 生物膜
1.3.2.3 膜分离技术
1.3.2.4 混凝沉淀-过滤技术
1.3.2.5 吸附技术
1.4 循环经济是我国21 世纪经济发展的必然选择
1.4.1 循环经济含义
1.4.2 循环经济的基本内涵
1.5 循环经济理念下污水处理新思路
1.5.1 污水再生处理难题
1.5.2 污水资源化和循环经济的关系
1.5.3 生物质锯末材料的环境效应
1.5.3.1 生物质锯末在水处理中的应用
1.5.3.2 生物质锯末在能源方面的应用
1.5.4 循环经济理念下的污水处理新思路
1.5.5 设计思想
1.6 研究的目的与意义
1.7 污水及其碳氢资源回用技术模式
1.8 本文研究的内容和重点技术路线
1.9 本章小结
2 生物质锯末的物理化学性质
2.1 引言
2.2 生物质锯末的来源
2.3 锯末的化学组成
2.4 锯末的性质、形态与活性特征分析
2.4.1 锯末的比表面积
2.4.2 锯末的工业分析
2.4.3 锯末的元素分析
2.4.4 锯末的发热值
2.5 本章小结
3 生物质锯末对生活废水的吸附研究
3.1 引言
3.2 试验材料和仪器
3.2.1 试验材料
3.2.2 试验仪器
3.3 测定指标和分析方法
3.3.1 测定指标和分析方法
3.3.2 样品分离与测定
3.4 试验设计
3.4.1 锯末释放可溶物试验研究
3.4.2 锯末与活性炭的吸附对比试验
3.4.3 吸附平衡时间
3.4.4 静态吸附试验研究
3.4.5 吸附热力学试验研究
3.4.6 动态吸附试验研究
3.5 试验结果与分析
3.5.1 锯末释放可溶物试验研究
3.5.2 锯末与活性炭的吸附性能比较
3.5.3 吸附平衡时间
3.5.4 静态吸附性能研究
3.5.4.1 pH 值对锯末吸附性能的影响
3.5.4.2 锯末粒径对吸附的影响
3.5.4.3 锯末剂量对吸附的影响
3.5.4.4 污水TOC 浓度对吸附的影响
3.5.4.5 温度对锯末吸附的影响
3.5.4.6 振荡速度对锯末吸附的影响
3.5.5 吸附热力学研究
3.5.6 吸附动力学研究
3.5.6.1 固液吸附动力学的基本理论
3.5.6.2 污水TOC 浓度对吸附动力学的影响
3.5.6.3 振荡速度对吸附动力学的影响
3.5.7 动态吸附性能研究
3.5.7.1 锯末柱高对穿透曲线的影响
3.5.7.2 生活污水TOC 浓度对穿透曲线的影响
3.5.7.3 生活污水进水速度对穿透曲线的影响
3.6 扫描电镜SEM 分析
3.7 傅立叶变换红外光谱分析
3.8 本章小结
4 污水回用及碳氢资源富集系统中试试验研究
4.1 引言
4.2 试验单元设备
4.2.1 预处理池和缓冲池设计
4.2.2 生物质吸附塔设计
4.2.3 人工湿地设计
4.3 试验方法
4.4 检测指标和检测方法
4.5 系统对污水各个指标的处理效果
4.5.1 系统对色度的处理效果
4.5.2 系统对浊度的处理效果
Cr的处理效果'> 4.5.3 系统对CODCr的处理效果
5的处理效果'> 4.5.4 系统对BOD5的处理效果
4.5.5 系统对氨氮的处理效果
4.6 污水碳氢资源回收过程分析
4.6.1 生活污水碳氢资源回收流程
4.6.2 系统对有机碳氢资源的回收试验
4.6.2.1 试验装置
4.6.2.2 试验方法
4.6.3 系统对有机碳氢资源的回收机理分析
4.6.3.1 系统对大颗粒有机碳氢资源的回收
4.6.3.2 系统对溶解性有机碳氢资源的回收
4.6.4 物料预处理
4.7 本章小结
5 污水碳氢资源热解气化和催化重整试验研究
5.1 引言
5.2 研究目的
5.3 试验装置设计
5.3.1 生物质气化工艺确定
5.3.1.1 气化介质
5.3.1.2 催化方法
5.3.1.3 催化剂
5.3.2 试验装置设计
5.3.3 生物质水蒸气催化气化的基本原理
5.3.3.1 生物质的干燥
5.3.3.2 热裂解反应
5.3.3.3 还原反应
5.3.3.4 催化裂解、重整反应
5.4 试验方法及测定方法
5.4.1 试验原料制备
5.4.2 试验过程和条件
5.4.3 气化过程的评价指标和气体成分分析方法
5.4.3.1 气化过程的评价指标
5.4.3.2 气体成分测定方法
5.5 试验结果与分析
5.5.1 气体组成和分析
5.5.2 副产品分析
5.6 本章小结
6 污水碳氢资源厌氧发酵试验研究
6.1 引言
6.2 研究目的和内容
6.3 试验装置设计和试验初始条件确定
6.3.1 厌氧发酵原理
6.3.2 试验装置设计
6.3.3 药品与仪器
6.3.4 试验参数确定
6.3.4.1 影响发酵细菌功能的环境条件
6.3.4.2 厌氧发酵试验初始条件确定
6.4 试验材料和方法
6.4.1 试验材料
6.4.1.1 接种物
6.4.1.2 生物质处理
6.4.1.3 发酵液的配制
6.4.2 pH 的测定
6.4.3 试验步骤
6.5 试验结果与分析
6.5.1 pH 值
6.5.2 日产气量
6.5.3 总产气量
6.6 污水碳氢资源循环表征
6.6.1 扫描电镜SEM 图片表征
6.6.2 傅立叶变换红外光谱表征
6.7 本章小结
7 污水及其碳氢资源回用技术效益分析
7.1 可行性分析
7.2 经济效益
7.2.1 水资源回用的经济效益
7.2.2 碳氢资源裂解气化制气经济效益
7.3 环境效益
7.4 能源效益
8 结论与展望
8.1 主要结论
8.2 研究创新点
8.3 后续工作建议
8.4 展望本研究
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表的论文
【引证文献】
本文编号：2867822
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2007
【中图分类】：X703
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 自然界水资源
1.2 我国水资源与水环境现状
1.3 国内外污水资源化研究进展
1.3.1 传统污水资源化的内涵和意义
1.3.2 国内外污水再生主要处理工艺
1.3.2.1 活性污泥法
1.3.2.2 生物膜
1.3.2.3 膜分离技术
1.3.2.4 混凝沉淀-过滤技术
1.3.2.5 吸附技术
1.4 循环经济是我国21 世纪经济发展的必然选择
1.4.1 循环经济含义
1.4.2 循环经济的基本内涵
1.5 循环经济理念下污水处理新思路
1.5.1 污水再生处理难题
1.5.2 污水资源化和循环经济的关系
1.5.3 生物质锯末材料的环境效应
1.5.3.1 生物质锯末在水处理中的应用
1.5.3.2 生物质锯末在能源方面的应用
1.5.4 循环经济理念下的污水处理新思路
1.5.5 设计思想
1.6 研究的目的与意义
1.7 污水及其碳氢资源回用技术模式
1.8 本文研究的内容和重点技术路线
1.9 本章小结
2 生物质锯末的物理化学性质
2.1 引言
2.2 生物质锯末的来源
2.3 锯末的化学组成
2.4 锯末的性质、形态与活性特征分析
2.4.1 锯末的比表面积
2.4.2 锯末的工业分析
2.4.3 锯末的元素分析
2.4.4 锯末的发热值
2.5 本章小结
3 生物质锯末对生活废水的吸附研究
3.1 引言
3.2 试验材料和仪器
3.2.1 试验材料
3.2.2 试验仪器
3.3 测定指标和分析方法
3.3.1 测定指标和分析方法
3.3.2 样品分离与测定
3.4 试验设计
3.4.1 锯末释放可溶物试验研究
3.4.2 锯末与活性炭的吸附对比试验
3.4.3 吸附平衡时间
3.4.4 静态吸附试验研究
3.4.5 吸附热力学试验研究
3.4.6 动态吸附试验研究
3.5 试验结果与分析
3.5.1 锯末释放可溶物试验研究
3.5.2 锯末与活性炭的吸附性能比较
3.5.3 吸附平衡时间
3.5.4 静态吸附性能研究
3.5.4.1 pH 值对锯末吸附性能的影响
3.5.4.2 锯末粒径对吸附的影响
3.5.4.3 锯末剂量对吸附的影响
3.5.4.4 污水TOC 浓度对吸附的影响
3.5.4.5 温度对锯末吸附的影响
3.5.4.6 振荡速度对锯末吸附的影响
3.5.5 吸附热力学研究
3.5.6 吸附动力学研究
3.5.6.1 固液吸附动力学的基本理论
3.5.6.2 污水TOC 浓度对吸附动力学的影响
3.5.6.3 振荡速度对吸附动力学的影响
3.5.7 动态吸附性能研究
3.5.7.1 锯末柱高对穿透曲线的影响
3.5.7.2 生活污水TOC 浓度对穿透曲线的影响
3.5.7.3 生活污水进水速度对穿透曲线的影响
3.6 扫描电镜SEM 分析
3.7 傅立叶变换红外光谱分析
3.8 本章小结
4 污水回用及碳氢资源富集系统中试试验研究
4.1 引言
4.2 试验单元设备
4.2.1 预处理池和缓冲池设计
4.2.2 生物质吸附塔设计
4.2.3 人工湿地设计
4.3 试验方法
4.4 检测指标和检测方法
4.5 系统对污水各个指标的处理效果
4.5.1 系统对色度的处理效果
4.5.2 系统对浊度的处理效果
Cr的处理效果'> 4.5.3 系统对CODCr的处理效果
5的处理效果'> 4.5.4 系统对BOD5的处理效果
4.5.5 系统对氨氮的处理效果
4.6 污水碳氢资源回收过程分析
4.6.1 生活污水碳氢资源回收流程
4.6.2 系统对有机碳氢资源的回收试验
4.6.2.1 试验装置
4.6.2.2 试验方法
4.6.3 系统对有机碳氢资源的回收机理分析
4.6.3.1 系统对大颗粒有机碳氢资源的回收
4.6.3.2 系统对溶解性有机碳氢资源的回收
4.6.4 物料预处理
4.7 本章小结
5 污水碳氢资源热解气化和催化重整试验研究
5.1 引言
5.2 研究目的
5.3 试验装置设计
5.3.1 生物质气化工艺确定
5.3.1.1 气化介质
5.3.1.2 催化方法
5.3.1.3 催化剂
5.3.2 试验装置设计
5.3.3 生物质水蒸气催化气化的基本原理
5.3.3.1 生物质的干燥
5.3.3.2 热裂解反应
5.3.3.3 还原反应
5.3.3.4 催化裂解、重整反应
5.4 试验方法及测定方法
5.4.1 试验原料制备
5.4.2 试验过程和条件
5.4.3 气化过程的评价指标和气体成分分析方法
5.4.3.1 气化过程的评价指标
5.4.3.2 气体成分测定方法
5.5 试验结果与分析
5.5.1 气体组成和分析
5.5.2 副产品分析
5.6 本章小结
6 污水碳氢资源厌氧发酵试验研究
6.1 引言
6.2 研究目的和内容
6.3 试验装置设计和试验初始条件确定
6.3.1 厌氧发酵原理
6.3.2 试验装置设计
6.3.3 药品与仪器
6.3.4 试验参数确定
6.3.4.1 影响发酵细菌功能的环境条件
6.3.4.2 厌氧发酵试验初始条件确定
6.4 试验材料和方法
6.4.1 试验材料
6.4.1.1 接种物
6.4.1.2 生物质处理
6.4.1.3 发酵液的配制
6.4.2 pH 的测定
6.4.3 试验步骤
6.5 试验结果与分析
6.5.1 pH 值
6.5.2 日产气量
6.5.3 总产气量
6.6 污水碳氢资源循环表征
6.6.1 扫描电镜SEM 图片表征
6.6.2 傅立叶变换红外光谱表征
6.7 本章小结
7 污水及其碳氢资源回用技术效益分析
7.1 可行性分析
7.2 经济效益
7.2.1 水资源回用的经济效益
7.2.2 碳氢资源裂解气化制气经济效益
7.3 环境效益
7.4 能源效益
8 结论与展望
8.1 主要结论
8.2 研究创新点
8.3 后续工作建议
8.4 展望本研究
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表的论文
【引证文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 李苛;乙二胺改性锯末对水体中阴离子染料的吸附研究[D];郑州大学;2012年
本文编号：2867822
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/2867822.html
