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《湖南农业大学》 2011年
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煤制气酚氰废水萃取—高级氧化—生化处理工艺与工程化研究

蒋宏国  
【摘要】:煤制气废水的成分复杂,含有挥发酚、氰化物等有毒物质,其主要危害在于其毒理性。该类废水中COD浓度一般在10000~20000mg/L左右,挥发酚在2000-5000mg/L左右,氨氮在500~800mg/L左右,氰化物在100~200mg/L左右。目前,国内大多数煤制气废水处理系统都是采用一级处理或二级处理工艺,工业应用上仍然难以做到达标排放。本课题在对煤制气废水成分研究的基础上,针对其主要成分,先在实验室从溶剂萃取法、Fenton氧化法、高效菌的筛选及培养、厌氧氨氧化法四个方面进行了研究,通过实验检测每种方法的不同工艺阶段的出水水质指标,探讨工艺的主要运行参数,为工业化应用提供理论依据,然后将实验室的研究成果用于工业化实践,耦合串联溶剂萃取法、Fenton氧化法、生化处理法三种技术,在衡阳某陶瓷厂对其煤制气废水进行实际性处理。研究表明: 1、采用N503(或P507)作为萃取剂,NaOH作为反萃剂,最佳萃取工艺条件为:萃取pH为3,萃取温度为30℃,萃取时间为10min,萃取剂浓度为70%(有机相中比例),萃取体系相比为3:1。经萃取反应后,废水中的COD、酚、NH3-N等有害物质均有所去除,但萃取对煤制气废水中的氰去除效果不明显。其中COD由14000mg/L下降至700mg/L,挥发酚由3100mg/L下降至31mg/L, NH3-N由650mg/L下降至540mg/L;最佳反萃取工艺条件为:Na0H浓度为15%-20%,油水比为3时,两萃取剂的再生性能最好,N503、P507对COD去除率分别达到94.86%和94.85%,对酚的去除率分别达到99.2%与99.0%。萃取剂经循环使用100次后,萃取效果较稳定。萃取反应为后续的二级处理提供了有利的条件。 2、萃取反应过后的废水仍难以达标排放,部分有毒、有害物质,尤其是氰化物未被去除,因此采用Fenton法进行二级处理,为后续生化处理提供条件。综合正交试验和单因素试验得出Fenton反应最佳条件:pH值为3,H2O2浓度为1000mg/L, FeSO4浓度为100mg/L,反应时间10min。废水出水pH值为3、COD为210mg/L,氨氮含量为513mg/L,挥发酚、氰化物均未能检出。 3、经Fenton反应二级处理后,氨氮浓度仍然偏高,因此在实验室研究了采用厌氧氨氧化工艺对废水进行三级处理。采用城市污水处理厂活性污泥作为启动UASB厌氧氨氧化反应器的接种污泥,采用自配高氮模拟废水,经过145d培养后,成功培养出厌氧氨氧化菌。然后将实际废水导入反应器中,经过40d的调试运行。实验结果表明:出水COD由210mg/L降为40mg/L左右,NH4+-N由513mg/L降低到300mg/L左右。厌氧氨氧化反应最佳工艺条件为:温度30℃、pH值7.8、HRT为24h。 4、论文研究了含酚废水高效降解菌的筛选,以便于指导工业上生化处理。从湖南某陶瓷厂的煤制气废水排放中的好氧池采集废水作为样本。通过富集、分离、纯化、筛选得20多株高效降酚微生物菌株,有5株菌株的最高耐受浓度可达2500mg/L。对其中一株最高耐受度达3000mg/L的菌种(SP1)进行了深入研究,研究结果表明:当苯酚浓度为2500 mg/L时,该菌株在60 h降解率达95.9%以上,最适生长条件为25℃、pH6.5、葡萄糖500 mg/L。进过16S rDNA鉴定,结果表明:SP1菌种属于Klebsiella sp.(克雷伯氏菌属),与已知降酚菌Klebsiella oxytoca strain(产酸克雷伯氏菌)的相似性仅87%,是一株新发现的高效降酚微生物菌株。 5、将萃取法、高级氧化物、高效降酚菌的利用、生化处理四种方面的实验成果,实际应用于某陶瓷厂的煤制气废水的处理。对工艺流程进行了设计,并通过调试运行,确定了适宜的工艺流程和工艺参数,取得了很好的处理效果,实现了煤制气废水的达标排放或循环使用。
【学位授予单位】:湖南农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X784

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