电石乙炔法生产聚氯乙烯废水处理方法研究

发布时间：2020-03-12 00:52

【摘要】：目前,电石乙炔法是我国生产聚氯乙烯(PVC)的主要方法之一,在用该方法生产PVC的过程中,会产生一种氯碱化工行业的典型废水——乙炔净化废水,该种废水不仅成分复杂,而且水量大,尤其是废水中较高浓度的氨氮(NH_4-N)会降低后续生物处理设施的效能,造成出水中NH_4-N超标的现象。因此,需要采用适当的方法去除废水中的NH_4-N。目前,关于乙炔净化废水中NH_4-N去除方法的研究鲜有报道。所以,研究乙炔净化废水中NH_4-N的去除方法,可以为氯碱化工行业的治污减排与资源化利用提供科学依据与技术支持。本篇论文对乙炔净化废水中NH_4-N的来源进行了分析,并采用磷酸铵镁沉淀法、空气吹脱法和次氯酸钠(NaClO)氧化法等方法对废水中的NH_4-N进行了去除研究,取得的主要成果如下:电石中含有的主要元素包括碳(C)、氧(O)、铝(Al)、硅(Si)、硫(S)和钙(Ca)等;含有的主要化合物包括碳化钙(Ca C2)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、碳酸钙(Ca CO3)、氮化钙(Ca3N2)、氰化钙(Ca(CN)2)和氰氨化钙(Ca CN2)等,其中Ca3N2、Ca(CN)2和Ca CN2等含氮的化合物是乙炔净化废水中NH_4-N的主要来源。采用磷酸铵镁沉淀法去除乙炔净化废水中的NH_4-N,并对废水初始p H值、磷酸盐加入量、镁盐加入量、沉淀剂组合方式、搅拌速度、反应时间和废水温度七个因素进行优化,确定了废水中NH_4-N去除的最佳反应条件如下:废水初始p H值为10.00、磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)的加入量为1.1(n(PO43-)/n(NH_4-N))、硫酸镁(Mg SO4·7H2O)的加入量为1.2(n(Mg2+)/n(NH_4-N))、搅拌速度为150 r/min、反应时间为10 min、废水温度为20°C。在此条件下,废水中NH_4-N的含量可以从初始的114.4 mg/L降低到23.8 mg/L,该浓度符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中关于NH_4-N的二级排放标准。去除乙炔净化废水中NH_4-N的同时,能得到一种白色晶体状沉淀物,经分析测试,发现沉淀产物的主要成分是磷酸铵镁。动力学研究显示磷酸铵镁沉淀反应中NH_4-N的去除符合一级反应动力学,其动力学速率常数为0.0052/s。采用空气吹脱法去除乙炔净化废水中的NH_4-N,并对废水初始p H值、通气速度、废水温度、填料高度和反应时间五个因素进行优化,确定了废水中NH_4-N去除的最佳反应条件如下:废水初始p H值为12.00、通气速度为0.500 m3/(h·L)(v(气速)/V(废水))、废水温度为60°C、填料高度为6 cm、反应时间为150 min。在此条件下,废水中NH_4-N的含量可以从初始的126.3 mg/L下降到1.4 mg/L,该浓度符合《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)中关于NH_4-N的一级排放标准。用体积分数为1%的H2SO4溶液对吹脱出尾气中的氨气(NH3)进行回收研究,结果显示1体积的上述H2SO4溶液可以吸收54体积废水中吹脱出NH3总量的93.1%,相当于1 mol的H2SO4能够吸收1.8 mol的NH3。采用NaClO氧化法去除乙炔净化废水中的NH_4-N,并对废水初始p H值、废水温度、NaClO溶液加入量和反应时间四个因素进行优化,确定了废水中NH_4-N去除的最佳反应条件如下:废水初始p H值为8.00、废水温度为50°C、NaClO溶液加入量为30.0 ml/L(V(NaClO溶液)/V(废水))、反应时间为3 min。在此条件下,废水中NH_4-N的含量可以从初始的120.0 mg/L下降到0.3 mg/L,该浓度符合《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)中关于NH_4-N的一级排放标准。动力学研究显示NaClO氧化反应中NH_4-N的去除符合一级反应动力学,其动力学速率常数为0.0317/s。磷酸铵镁沉淀法、空气吹脱法和NaClO氧化法都能够有效地去除乙炔净化废水中的NH_4-N。从经济学角度分析,上述三种方法在去除1吨乙炔净化废水中的NH_4-N时,所需的药剂费用由低到高依次为磷酸铵镁沉淀法、空气吹脱法和NaClO氧化法,它们的费用分别为2.2元、6.6元和12.4元,如果用有效氯含量等同的液氯替代NaClO溶液,则NaClO氧化法处理废水所需的药剂费用可以削减到0.6元。从乙炔净化废水中NH_4-N的去除效果分析,经过上述三种方法处理后,废水中NH_4-N的最低浓度由低到高依次为NaClO氧化法,空气吹脱法和磷酸铵镁沉淀法,它们的最低浓度分别能达到0.3 mg/L、1.4 mg/L和23.8 mg/L。从三种方法的操作条件分析,NaClO氧化法的操作条件最简单,其次为空气吹脱法,磷酸铵镁沉淀法的操作条件最繁琐。
【图文】：

示意图,示意图,铵根,磷酸铵镁

图 1.2 电化学反应装置示意图[47]Figure 1.2 Schematic diagram of the electrochemical reactor氧化法去除废水中的 NH4-N 在近些年越来越受到学者们的重地面积少，而且能同时去除废水中的多种污染物，但方法中使通常含有贵金属或稀土元素，并且对实验设备及反应条件的要较大。目前，高级氧化法多停留在实验室研究规模，在工程应酸铵镁沉淀法情况下，含铵根的盐类几乎都能在水中溶解，但某些含铵根的沉淀，，比如磷酸铵锰（MnNH4PO4）、磷酸铵镍（NiNH4PO4）、4PO4）和磷酸铵镁（MgNH4PO4）等[48]。其中，以磷酸铵镁沉中 NH4-N 的研究最多[9, 49]。铵镁（又称鸟粪石）的英文名称为 magnesium ammonium

SEM图,磷酸铵镁

图 1.3 磷酸铵镁晶体的 SEM 图谱 (a)X 形[55]；(b)针形[56]；(c)棱柱形[57]Figure 1.3 The SEM images of struvite crystals (a) X shape; (b) needle shape; (c)trapezoidal shape近些年，磷酸铵镁沉淀法已被用于工业废水[9]、厌氧消化液[58]和垃圾渗滤液[59]等多种含 NH4-N 废水的处理。该方法具有 NH4-N 去除率高、反应速度快且工艺简单的优点。同时，与传统活性污泥法相比，该方法能够减少约一半的污泥产量[60]。此外，废水处理过程中得到的磷酸铵镁是一种市场价值较高的复合肥料，它可以缓慢地释放生物所需的营养物，从而减少施肥的频率，达到氮资源回收再利用的目的[61, 62]。除了可以用作缓释肥料外，磷酸铵镁还可以用于磷酸盐工业的生产、防火材料的制备和水泥粘合剂的合成等方面[63, 64]。在实际工业应用中，磷酸铵镁晶体非常细小，容易在水泵、弯管和曝气装置等扰动强烈的地方淤积，造成堵塞，增加运行处理的费用[65, 66]。在磷酸铵镁沉淀法去除废水中 NH-N 的过程中，能影响 NH-N 去除效果的
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703

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