低碳源污水电去离子—电催化复合技术深度脱氮研究

发布时间：2017-04-11 21:24

  本文关键词：低碳源污水电去离子—电催化复合技术深度脱氮研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：经过常规二级处理工艺的城镇污水处理厂出水都含有一定数量的氨氮和硝酸盐氮、总氮,排放到河道、湖、库或做景观用水等用途时依然会出现水质富营养化和黑臭等水环境质量问题,导致饮用水源被“三氮”污染。而我国普遍存在的生活污水低碳源,导致城镇污水处理厂二级出水的碳氮比也低,这使得采用传统生物脱氮工艺深度脱氮时遇到较大的困难,因此有必要研究和开发低碳源污水的非生物法脱氮的新技术和工艺。本论文以低碳源污水为进水的城镇污水处理厂常规二级处理工艺出水为研究对象,主要以总氮限值1mg/L和氨氮限值0.5mg/L为最终目标,首先采用电催化、电去离子单独工艺技术,进而采用电去离子和电催化复合技术对低碳源污水的深度脱氮效果进行了实验研究。由铁碳微电解填料与催化填料制成的TCMF复合填料是将铁粉、碳粉以及微量催化元素M及F制成极细的粉末并通过专利技术加工而成。实验证明其反应速率快、脱除氨氮和CODcr的效率高:反应柱HRT为60min和沉降槽30min时,氨氮去除率为35%;TN去除率为16.7%。以纳米Fe改性的ACF包覆钛基电极为阴极,与具有稳定析氯性能的双金属尖晶石NiCo2O4电极为阳极组成无隔膜电解体系(电催化II段),NO3-N去除率为95%,NH3-N去除率为20%,总氮去除率为83.5%,电解时间仅需要60min。设计电去离子装置以铁碳微电解填料与催化填料塔及斜管沉降槽出水为进水,运行60min后,NO3-去除率达98%以上,氨氮去除率达到65%,出水TN为2.0mg/L,去除率为92%。经过正交试验,从大到小排列了影响EDI脱氮电流效率的因素。方差分析表明,电压、进水浓度为主要影响因素。电去离子电催化复合工艺为:电催化I段和电催化II段和电去离子。电去离子浓水返回到电催化II段。24h后总氮去除率与氨氮去除率基本趋于一致,产水总氮小于1mg/L,氨氮达到0.5mg/L以下。运行一定时间后,可进入电催化II段直接产水与电去离子产水交替、间歇运行阶段。经济测算分析表明,电催化单独运行、电催化I段和电去离子装置运行以及电去离子电催化复合运行的产水吨水成本在0.53-1.19元,运行成本较低。电去离子与电催化复合技术相对于传统生物工艺,并未增加运行成本,但其对低碳源污水深度脱氮的效果较好。
【关键词】：低碳源污水 电去离子 电催化 复合技术 深度脱氮
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 引言12-20
• 1.1 研究背景12-14
• 1.1.1 对城镇污水处理厂二级处理出水进行深度脱氮的必要性12-13
• 1.1.2 开发低碳源污水深度脱氮新技术的必要性13-14
• 1.2 低碳源污水脱氮研究动态14-17
• 1.2.1 外加碳源方法14
• 1.2.2 不加碳源方法14-16
• 1.2.3 小结16-17
• 1.3 研究方法17
• 1.4 研究内容17-18
• 1.5 研究特色与创新之处18
• 1.6 研究意义18-19
• 1.7 技术路线19-20
• 第二章 实验装置与方法20-34
• 2.1 实验用水20-21
• 2.2 实验装置21-27
• 2.2.1 铁碳微电解填料与催化填料复合填料塔脱除氨氮、CODcr实验装置（电催化I段）21-23
• 2.2.2 电去离子脱氮实验装置23-25
• 2.2.3 电催化（固体催化剂）脱除硝酸盐氮、氨氮实验装置（电催化 II 段）25-26
• 2.2.4 电去离子与电催化组合脱氮实验装置26-27
• 2.3 实验原理及方法27-30
• 2.3.1 曝气铁碳微电解填料与催化填料复合填料塔脱除氨氮、CODcr（电催化I段）实验原理及方法27-28
• 2.3.2 电去离子装置脱除硝酸盐氮、氨氮、总氮实验原理及方法28-29
• 2.3.3 电催化（固体催化剂）装置（电催化II段）脱除硝酸盐氮、氨氮、总氮实验原理及方法29-30
• 2.3.4 电去离子电催化复合脱除硝酸盐氮、氨氮、总氮实验原理及方法30
• 2.4 脱氮标准30-31
• 2.5 实验配套仪器设备、试剂及分析方法31-34
• 第三章 曝气铁碳微电解填料与催化填料复合填料塔装置（电催化I段）处理氨氮、总氮污水34-38
• 3.1 曝气微电解催化填料塔装置的影响因素34-36
• 3.1.1 进入反应柱污水pH值对氨氮去除率的影响34
• 3.1.2 HRT对反应柱去除氨氮和CODcr的影响34-35
• 3.1.3 曝气量对反应柱去除氨氮和COD的影响35-36
• 3.1.4 温度对反应柱去除氨氮和COD的影响36
• 3.2 处理效果36-37
• 3.2.1 氨氮、总氮和CODcr处理效果36
• 3.2.2 色度和SS处理效果36-37
• 3.2.3 板结现象处理效果37
• 3.2.4 TCMF复合填料优势检验37
• 3.3 本章小结37-38
• 第四章 电催化（固体催化剂）实验装置（电催化II段）处理高浓度硝酸盐氮、总氮污水38-42
• 4.1 电催化装置的影响因素38-41
• 4.1.1 电流（电流密度）对电催化装置脱氮的影响38
• 4.1.2 进水pH值对电催化装置的影响38-39
• 4.1.3 搅拌速度对TN去除的影响39-40
• 4.1.4 HRT（电解时间)对电催化装置脱氮影响40
• 4.1.5 进水氯化物含量对电催化装置脱氮的影响40-41
• 4.2 脱除效果及分析41
• 4.3 本章小结41-42
• 第五章 电去离子脱氮实验装置处理低浓度硝酸盐氮、氨氮、总氮污水42-52
• 5.1 EDI进水水质要求42-43
• 5.2 实验设计43
• 5.3 EDI运行参数实验研究43-47
• 5.3.1 流量对电压-电流变化关系的影响43-44
• 5.3.2 树脂自动再生需要的工作电压-电流44-46
• 5.3.3 出水pH及脱氮HRT的确定46-47
• 5.3.4 浓水pH及浓度47
• 5.4 EDI处理效果与讨论47-51
• 5.4.1 检验指标——电流效率与去除效率47
• 5.4.2 正交试样分析47-50
• 5.4.3 产水浓度及去除率50
• 5.4.4 填充混合树脂EDI出水验证50-51
• 5.5 本章小结51-52
• 第六章 电去离子与电催化复合实验装置深度脱氮52-62
• 6.1 复合实验装置设计目标52
• 6.2 复合实验装置工艺设计52-53
• 6.3 复合实验装置的运行及脱氮效果53-60
• 6.3.1 电去离子电催化复合实验装置连续 3.5h运行及脱氮效果53
• 6.3.2 复合实验装置连续 8.5h运行及脱氮效果53-54
• 6.3.3 复合实验装置连续 13.5h运行及脱氮效果54-55
• 6.3.4 复合实验装置连续 18.5h运行及脱氮效果55
• 6.3.5 复合实验装置连续运行产水去除率变化趋势分析55-56
• 6.3.6 复合实验装置连续运行水质水量趋势分析56-60
• 6.4 本章小结60-62
• 第七章 运行成本及经济性分析62-66
• 7.1 运行成本62-64
• 7.1.1 铁碳微电解填料与催化填料复合填料塔脱除氨氮、CODcr实验装置（电催化I段）运行成本62
• 7.1.2 电催化（固体催化剂）实验装置（电催化II段）运行成本62-63
• 7.1.3 电去离子实验装置运行成本63
• 7.1.4 电去离子电催化复合实验装置运行成本63-64
• 7.2 经济性分析64-66
• 第八章 结论和建议66-68
• 8.1 结论66-67
• 8.2 建议67-68
• 参考文献68-76
• 致谢76-78
• 攻读学位期间发表的学术论文目录78

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