【摘要】：焦化廢水被認(rèn)為是成分最為復(fù)雜和最難處理的工業(yè)廢水之一,其特征為化學(xué)需氧量高、氨氮負(fù)荷大以及毒性強(qiáng)等。生物法常用于焦化廢水的處理,卻面臨著除碳脫氮效率不高的困境,這是由于廢水中存在高濃度的酚類、氰類、氨氮以及難降解物質(zhì)導(dǎo)致可生化性低。為了達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),焦化廢水的傳統(tǒng)處理工藝需要耦合多個(gè)不同的生化反應(yīng)器以依次去除有機(jī)物及氮類污染物,并且需要消耗大量的堿用于中和硝化過程及其它好氧過程所產(chǎn)生的酸,從而大幅度地增加了建造及運(yùn)營成本。近年來,電化學(xué)水處理技術(shù)因其反應(yīng)速率快、效率高、易于操作以及避免二次污染等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。電化學(xué)法通常包括生物電化學(xué)廢水處理及電催化廢水處理。為了克服傳統(tǒng)工藝的瓶頸,本研究嘗試提出利用新型電化學(xué)方法,包括微生物燃料電池(Microbial Full Cell,簡稱MFC)技術(shù)(一種典型的生物電化學(xué)技術(shù))以及電氧化(Electro-Oxidation,簡稱EO)和電絮凝(Electrocoagulation,簡稱EC)相耦合的電化學(xué)工藝,在無額外投加堿源的情況下實(shí)現(xiàn)焦化廢水同步除碳脫氮。首先,本研究報(bào)道利用單個(gè)雙室MFC反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化,以在零堿耗的情況下有效除碳脫氮。與傳統(tǒng)好氧生物反應(yīng)器(Aerobic Biological Reactor,簡稱ABR)相比,本研究構(gòu)建的MFC具有更高的化學(xué)需要量(Chemical Oxygen Demand,簡稱COD)COD去除率及總氮(Total Nitrgoen,簡稱TN)轉(zhuǎn)化率。在水停留時(shí)間為125小時(shí)下,MFC中COD及TN的去除率分別為83.8±3.6%和97.9±2.1%,遠(yuǎn)高于ABR中的73.8±2.9%和50.2±5.0%。研究發(fā)現(xiàn)MFC中焦化廢水主要污染物的降解率也高于其在ABR中降解率,包括酚類化合物(苯酚、2-甲基苯酚、3-甲基苯酚、4-甲基苯酚和2,4-二甲基苯酚等)以及含氮雜環(huán)化合物(喹啉、吡啶、吲哚和異喹啉等)。研究證實(shí)了MFC強(qiáng)化除碳脫氮效果一方面歸因于該體系的自身pH調(diào)節(jié)能力,另一方面在于MFC中異養(yǎng)生物、硝化菌和反硝化菌的豐度增加。電流密度與COD和TN去除率之間相關(guān)性研究表明,從陽極到陰極的電流強(qiáng)度是影響焦化廢水處理中MFC性能的關(guān)鍵因數(shù)。其次,本研究證明了EO-EC耦合體系對焦化廢水中COD去除及脫氮效率均優(yōu)于單個(gè)EO或EC反應(yīng)器。配水結(jié)果表明,EO-EC體系能夠去除68.4±2.7%的COD以及92.0±0.7%的TN(操作條件:PbO_2陽極,2 mA cm~(-2);鐵陽極,1 mA cm~(-2);反應(yīng)時(shí)間:6小時(shí)),比單一EO反應(yīng)器(43.4±3.1%;64.3±1.4%)和EC反應(yīng)器(19.6±2.9%;19.6±2.1%)具有更優(yōu)的效果。初步機(jī)理研究表明,苯酚和硫氰酸鹽(主要COD貢獻(xiàn)者)和氨氮主要通過PbO_2電極直接氧化去除;由體系中所產(chǎn)生的氯活性基團(tuán)所主導(dǎo)的間接氧化對氨氮的轉(zhuǎn)化起到了部分作用。鐵陽極在耦合體系中可能作用包括:生成用于去除污染物的絮凝體、調(diào)節(jié)有利于氧化反應(yīng)的體系pH、以及生成可與次氯酸鹽反應(yīng)產(chǎn)生自由基的二價(jià)鐵等方面。能耗分析表明,與單一的EO或EC反應(yīng)器相比,耦合的EO-EC體系用于除碳脫氮的單位能耗更低;另外,體系的單位能耗與施加于PbO_2陽極及鐵陽極的電流密度密切相關(guān)。
【圖文】：

焦化廢水來源及其特征炭是人類歷史長河中賴以生存的化石原料，現(xiàn)代煤化工將煤炭利用方式為高效精密[1]。隨著鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展，對焦炭需求也日益激增，，煉化工的熱點(diǎn)[2]。據(jù)工信部發(fā)布的消息，作為世界最大的焦炭生產(chǎn)商及焦炭18年焦炭總產(chǎn)量約為4.38億噸。高產(chǎn)量的焦炭伴隨的是高濃度的焦化廢水總量無公開信息，采用《環(huán)境工程手冊》的理論換算值，即每噸焦0噸焦化廢水，故2018年我國需要處理約1.10-1.31億噸焦化廢水。焦化成為了制約煉焦行業(yè)發(fā)展的核心問題之一�；瘡U水是焦化各操作單元匯總的工業(yè)廢水，焦化過程主要包括煤高溫?zé)捠栈ぎa(chǎn)品及精煉等過程。根據(jù)焦化生產(chǎn)過程，焦化廢水的具體來源凝液分離出的剩余氨水、回收化工產(chǎn)品及精制過程分離出來的酚氰廢水元產(chǎn)生的除塵廢水、脫硫廢液以及煤氣水封水等，詳見圖 1-1[3]。

亞硝氮、硝氮、氨氮的測定標(biāo)準(zhǔn)曲線：A 為人工配水的亞硝氮、B 為焦化廢水的亞為人工配水的硝氮、D 為焦化廢水的硝氮以及 E 為氨氮 2-1 Standard curves for determination of (A) nitrite nitrogen in artificial wastewater, (B) nn in coking wastewater, (C) nitrate nitrogen in artificial wastewater, (D) nitrate nitrogen inwastewater, and (E) ammonia nitrogen in coking wastewater水體中揮發(fā)酚及苯酚的測定體中的揮發(fā)酚按照國家標(biāo)準(zhǔn) 4-氨基安替比林分光光度法進(jìn)行測定，苯酚采譜儀（C18 反相色譜儀）進(jìn)行測定，其中流動相為 8:2 的甲醇及超純水，，流速為 1 mL min-1。其線性擬合結(jié)果分別為 y(Votalie Phenol)=0.1966x-949；y(Phenol)=851.84x+230.02，R2=0.9941。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X784

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2620659