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铁炭微电解处理高浓度难降解有机废水实验研究和工程应用

作　者: 张良金
导　师: 吉芳英
学　校: 重庆大学
专　业: 环境工程
关键词: 铁炭微电解预处理酸性有机废水实验室研究工程设计工程调试
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

对高浓度难降解有机废水处理技术的研究一直被认为是环保领域研究的热点和难点。论文在全面综述物理和化学预处理技术的基础上,认为集电化学、氧化还原和絮凝作用于一体的铁炭微电解技术,可以方便地用于低pH、高酸度、高浓度难降解化工废水的预处理,并以清华紫光下属某精细化工企业车间工艺废水为研究对象,进行了实验室、工程设计和现场工程调试研究。实验室研究内容包括铁炭微电解池的内部系统如铁屑种类、铁炭比值等对处理效果的影响;铁炭微电解池运行参数如水力停留时间、废水pH、曝气量等对铁炭微电解池运行效果的影响。实验结果表明:①铁炭微电解系统采用双曝气运行方式,即在铁炭微电解池和后续的混凝池都进行曝气,可以获得最好的COD去除效果。尤其是在微电解池进行曝气,还可以利用气体的搅拌作用,抑制铁炭微电解池的铁屑结块、防止沟流的产生。②在铁炭池微电解反应时间不是限制因素的情况下,铁的种类不影响铁炭池对有机物的去除能力。但是,由于铸铁屑自身含有相对较多的炭、可以形成更多微原电池,可以获得更快的反应速度、缩短反应达到平衡的时间。对本系统而言,铸铁屑组成的铁炭池反应时间约2hr,铁刨花组成的铁炭池反应时间约5hr。建议实际工程以铸铁屑作为铁炭池的首选材料。③研究发现,铁炭池中“铁炭比”对处理效果有影响。当铁炭体积比为3:4～4:3时,可以最大程度地发挥铁炭池的容积优势,获得最佳的处理效果。④论文以实验数据为基础、用Origin7.0软件拟合了COD降解时间曲线和曲线方程,通过初步动力学分析发现,曝气铁炭微电解系统对COD的去除过程可以分为三个阶段,即:第一阶段为酸溶解和COD吹脱阶段,微电解慢速反应期,铁的溶解速度快约358mg TFe/min,COD主要通过吹脱而去除;第二阶段为微电解高速反应阶段,约60%以上COD的去除总量通过微电解反应被去除或被转化;第三阶段为反应滞止阶段,基本上达到了反应平衡状态,COD的去除不明显。⑤在实验室条件下,获得较为理想效果的曝气混凝池控制参数为:曝气混凝池废水pH为9.0,曝气混凝35min,阴离子PAM为2mg/L时,此时污泥体积量最少,COD去除率最高。在此过程中,由于磷酸铁的生成,混凝沉淀池出水的磷酸盐浓度小于2mg/L。⑥在连续流运行试验中,重点研究了运行参数对铁炭微电解系统的影响,发现影响铁炭微电解池COD去除效率的关键因素是进水的pH,其次是曝气量和水力停留时间HRT。研究还进一步发现进水pH≈3、HRT≈3h、气水比≈200时,可以获得较好的处理效果,COD去除率可以达到52.6%。在最优操作条件下,废水的可生化性能得到大大的提高:BOD5/COD由进水的0.22上升到0.34;废水的SOUR从16.67 g/kgVSS·h抬升到29.38 g/kgVSS·h;总氮去除主要依靠微电解和空气吹脱的协同作用,其去除率可以达到50%以上。⑦在实验室研究的基础上、结合其他类似实际工程的设计参数、并在充分考虑安全系数的条件下,进行了铁炭微电解系统的设计工作。在设计过程中,针对铁炭填料床的防堵、防板结等设备运行过程中可能出现的问题,填料床采取了分层分格的填装方式,同时考虑了空气反冲措施。通过工程调试运行,总结了经验教训,提出了相应建议,以促进铁炭微电解技术的应用推广。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
1 概述  12-26
  1.1 难降解有机废水  12-14
    1.1.1 难降解有机废水的产生及其特征  12-13
    1.1.2 难降解有机废水的危害  13-14
  1.2 难降解有机废水的治理对策  14-15
    1.2.1 加强预处理并开发各种组合工艺  14
    1.2.2 强化生物处理法  14-15
  1.3 难降解有机废水预处理技术  15-22
    1.3.1 物化处理  15-17
    1.3.2 高级氧化技术  17-20
    1.3.3 铁炭微电解处理技术  20-22
  1.4 课题的提出  22-26
    1.4.1 课题背景  22-23
    1.4.2 课题的提出  23-26
2 铁炭微电解技术  26-34
  2.1 铁炭微电解基本原理  26-29
    2.1.1 原电池反应  26
    2.1.2 氧化还原反应  26-28
    2.1.3 絮凝吸附沉淀  28
    2.1.4 铁离子的沉淀作用  28
    2.1.5 铁炭微电解系统的组成  28-29
  2.2 微电解工艺的主要影响因素  29-31
    2.2.1 pH 值  29
    2.2.2 停留时间  29
    2.2.3 铁屑粒度  29-30
    2.2.4 铁屑种类  30
    2.2.5 铁炭比  30
    2.2.6 曝气量  30
    2.2.7 多因素的综合  30-31
  2.3 铁炭微电解技术的优缺点和研究方向  31-32
    2.3.1 铁炭微电解技术的优点  31
    2.3.2 铁炭微电解技术的不足  31
    2.3.3 微电解技术的研究方向  31-32
  2.4 铁炭微电解研究的必要性  32-34
3 实验研究内容和研究方法  34-38
  3.1 实验研究目的  34
  3.2 实验装置  34-35
  3.3 实验水质和测试方法  35-36
  3.4 实验研究内容和主要研究方法  36-38
    3.4.1 实验室静态实验研究  37
    3.4.2 实验室动态实验研究  37-38
4 实验室静态实验及实验结果  38-54
  4.1 工艺运行方式的选择  38-40
    4.1.1 实验方法  38-39
    4.1.2 实验结果及其分析  39-40
  4.2 铁屑的影响  40-42
    4.2.1 实验方法  40
    4.2.2 实验结果及其分析  40-42
  4.3 铁炭比的选择  42-43
    4.3.1 实验方法  42
    4.3.2 实验结果及其分析  42-43
  4.4 铁溶出与COD 去除的关系探讨  43-50
    4.4.1 实验方法  43
    4.4.2 实验结果及其分析  43-50
  4.5 混凝沉淀实验  50-52
    4.5.1 实验方法  50-51
    4.5.2 实验结果及其分析  51-52
  4.6 本章小结  52-54
5 实验室动态实验研究及实验结果  54-62
  5.1 实验内容  54-55
    5.1.1 铁炭微电解系统的运行方式  54
    5.1.2 实验方法  54-55
  5.2 单因素实验  55-57
    5.2.1 pH 的影响分析  55-56
    5.2.2 微电解反应时间（HRT）的影响分析  56
    5.2.3 气水比的影响分析  56-57
  5.3 正交实验  57-58
  5.4 氮转化和去除  58-59
  5.5 污水可生化性  59-61
    5.5.1 BOD_5/COD  59-60
    5.5.2 SOUR  60-61
  5.6 本章小结  61-62
6 工程设计和调试  62-70
  6.1 设计水质和目标  62
    6.1.1 设计水质和水量  62
    6.1.2 设计处理目标  62
  6.2 废水处理设计流程  62-64
    6.2.1 预处理阶段  62-64
    6.2.2 生化处理阶段  64
  6.3 预处理单元设计说明  64-65
    6.3.1 调节池Ⅰ  64
    6.3.2 铁炭微电解塔  64-65
    6.3.3 曝气混凝池  65
    6.3.4 絮凝反应池  65
    6.3.5 沉淀池Ⅰ  65
    6.3.6 设备及构筑物要求  65
  6.4 工程调试  65-70
    6.4.1 调试思路  65-66
    6.4.2 铁炭微电解系统启动准备工作  66
    6.4.3 调试进展  66-67
    6.4.4 铁炭微电解系统的运行和控制  67-70
7 结论和建议  70-72
  7.1 主要结论  70-71
  7.2 建议  71-72
致谢  72-74
参考文献  74-80
附录  80-81

铁炭微电解处理高浓度难降解有机废水实验研究和工程应用

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