水質(zhì)化學(xué)需氧量的多光譜法檢測(cè)理論和實(shí)驗(yàn)研究

畢業(yè)論文中文題目:水質(zhì)化學(xué)需氧量的多光譜法檢測(cè)理論和實(shí)驗(yàn)研究英文題目:Studyonmulti-spectradetectionmethodsfordeterminationofchemicaloxygendemandinwater學(xué)生姓名******系別******專業(yè)班級(jí)******指導(dǎo)教師******成績?cè)u(píng)定****年**月目錄TOC\o"1-3"\h\u132351前言 附錄2：英文文獻(xiàn)譯文PH:S0043-1354(97)00231-5摘要焦化廠廢水與煤氣化廢水有相似的特點(diǎn)。他們中有高濃度的特別是難熔性和抑制性的氨和有機(jī)化合物。煤炭是中國的主要能源資源，因此在幾十年來焦化廠與煤氣化廢水造成的污染一直十分嚴(yán)重。在這項(xiàng)研究中厭氧-缺氧-好氧（A1-A2-O）組成的生物膜系統(tǒng)是用來處理焦化廢水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以高效穩(wěn)定的降低NH3-N和COD值。出水的NH3-N和COD值分別為3.1mg/L和114mg/L，去除率為分別為98.8%和92.4％，整個(gè)系統(tǒng)的總水力停留時(shí)間為31.6小時(shí)。系統(tǒng)中列舉的微生物和有機(jī)轉(zhuǎn)化由GC/MS分析設(shè)備進(jìn)行分析。進(jìn)行批量試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，焦化廢水厭氧處理不同于缺氧處理?？缮锝到獾姆尤渲コ瘦^低，相比較經(jīng)過艷陽處理的復(fù)雜的和高分子量的有機(jī)物去除率較高。厭氧廢水的生物降解性明顯高于缺氧污水。關(guān)鍵字：焦化廠廢水；厭氧；缺氧；好樣；有機(jī)物去除；微生物制劑列舉；化學(xué)需氧量去除率；氨氮去除率基于固定的生物膜系統(tǒng)對(duì)焦化廠污水化學(xué)需氧量和氨氮的去除張敏，JooHwaTay，錢易，顧夏聲1引言焦化廢水是在煤焦化，煤氣凈化和焦炭廠的副產(chǎn)品回收過程中產(chǎn)生的。廢水的組成成分較復(fù)雜并因工廠的不同而不同，這取決于原煤的質(zhì)量，碳化溫度，用于副產(chǎn)品的回收方法等。酚類物質(zhì)是主要的有機(jī)成分，占COD總量的80％左右。其他有機(jī)物目前包括多環(huán)芳烴（PAHs）的氮，氧和硫含雜環(huán)化合物，許多人指出它們是變化的且致癌（Yu等人，1989年）。無機(jī)成分主要是氰化物，硫氰酸根，硫酸根，銨，其中銨的濃度可高達(dá)數(shù)千毫克每升。煤炭氣化廢水與焦炭工廠廢水具有相似的特性。由于煤炭是中國的主要能源資源，幾十年來焦化廠所造成的污染和煤氣化廢水問題一直十分嚴(yán)重。由于難降解有機(jī)物的存在，傳統(tǒng)的活性泥碳系統(tǒng)對(duì)焦化廢水的去除率不高，無法降低COD達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。近年來，無論是懸浮生物或流化床的厭氧-缺氧-好氧（A1-A2-O）系統(tǒng)，都被研究用于中國焦化廠廢水處理（Geng，1992年清華大學(xué)，1990年）。在這種系統(tǒng)中，厭氧過程作為對(duì)一些耐火性和抑制性有機(jī)化合物降解的預(yù)處理（Cross等人，1982年；Fedorak等人，1986年；Suidan等人，1983年；Zhao，1989年），缺氧-好氧過程主要作用在于降低COD（Bridle，1981年；Melcer等人，1985年）。懸浮生物系統(tǒng)不能很有效的去除氮焦化廢水，主要是因?yàn)樗茈y留住自我復(fù)制遠(yuǎn)低于曝氣池中異養(yǎng)細(xì)菌的硝化細(xì)菌（Carrand等人，1990年）。此外，仍然有很多的焦化廢水中含有泡沫的材料，這可能會(huì)導(dǎo)致微生物尤其是硝化細(xì)菌從系統(tǒng)中被沖洗掉。自20世紀(jì)80年代隨著新型包裝材料的發(fā)展，固定生物固氮控制生長系統(tǒng)已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注。它的主要優(yōu)點(diǎn)是通過填料介質(zhì)上附著的細(xì)菌來維持系統(tǒng)中大量的硝化細(xì)菌。因此硝化性能可增強(qiáng)。從操作的角度來看，浪費(fèi)的固定生長系統(tǒng)的污泥的量可以減少到這樣的程度，作為過濾槽可以用來代替二沉池，回流污泥的設(shè)備不是必需的。從操作的角度來看，固定生長系統(tǒng)中大量的污泥可以減少到這樣的程度，用過濾槽來代替二沉池后回流污泥的設(shè)備是不需要的。這是因?yàn)橄趸?xì)菌的生長速度緩慢可以生成薄而致密的生物膜。Turner和同事（Turner等人，1987年）使用了一個(gè)四階段的紅細(xì)胞處理高強(qiáng)度氨煤氣化廢水，并發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以成功地用于去除氨氮和有機(jī)物。在北美流化床也可用于煤炭廢水轉(zhuǎn)化（Melcer等人，1984年）。由于流化床系統(tǒng)需要復(fù)雜的操作和更高的能源消耗，有時(shí)甚至可能需要純的氧氣，沒有實(shí)際應(yīng)用于全規(guī)模的處理裝置。在這項(xiàng)研究中，裝入一種新型的半軟介質(zhì)的上流式固定床厭氧-缺氧-好氧（A1-A2-O）系統(tǒng)的所有反應(yīng)堆對(duì)焦化廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。進(jìn)行了一組的批測(cè)試的焦炭廠的厭氧和缺氧過程廢水處理進(jìn)行比較，以便確認(rèn)厭氧階段在A1-A2-O體系中的作用。本文介紹了實(shí)驗(yàn)室中固定生物膜A1-A2-O系統(tǒng)對(duì)焦化廢水處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2材料與方法2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖1所示。由有機(jī)玻璃制成的厭氧，缺氧和好氧反應(yīng)器的體積分別為7，8.5和16升。所有反應(yīng)堆填滿介質(zhì)，構(gòu)建了半軟塑料環(huán)和合成纖維串。介質(zhì)的配置如圖2所示。介質(zhì)的理論比表面積為1538m2/m3。這些半軟介質(zhì)由于特殊的軟媒配置和大的比表面積將能更快地積聚，微生物將附著到介質(zhì)上，不那么容易堵塞。幾個(gè)出口管嘴沿反應(yīng)器的壁均勻分布，用于在操作過程中調(diào)節(jié)HRT。厭氧反應(yīng)器是溫度保持在35±1℃下的恒溫器。缺氧和好氧反應(yīng)器保持在29±1℃。通過加入定量的碳酸鈉溶液或碳酸氫鈉溶液使好氧反應(yīng)器中的pH值保持在6.4-6.7。整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間好氧反應(yīng)器中的溶解氧保持在5-8毫克/升。圖1A1-A2-O固定生物膜焦化廢水處理系統(tǒng)圖2半軟媒介的配置焦化廢水樣品取自北京焦化廠，COD在700-2000毫克/升，氨氮的取值范圍為300-700毫克/升。適當(dāng)?shù)纳锾幚韱卧惯^量的氨在溫度80-90℃，pH值大于11時(shí)被除去，將氨氮的范圍減小為200-300毫克/升，而COD保持不變。氨汽提后在廢水加入磷酸以將pH值調(diào)節(jié)至中性范圍，也可以作為的微生物磷源。將從北京焦化廠的活性污泥處理廠收集的回流污泥接種到缺氧和好氧階段。懸浮固體（SS）在兩個(gè)反應(yīng)器中的初始濃度約為6.5g/L。北京酒仙橋污水處理廠雙層沉淀池的污泥，厭氧反應(yīng)器接種SS在25g/L。介質(zhì)和生長的微生物如硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌生物膜在污水輸送系統(tǒng)中的稀釋條件為長的水力停留時(shí)間（系統(tǒng)總耗時(shí)：43.8h）、低濃度的NH3-N（25mg/L）和COD（250mg/L）。進(jìn)水NH3-N和COD通過減少稀釋比例逐步增加到生物處理單元的正常濃度（NH3-N約250mg/L，COD約2000mg/L）。初步階段需要65天。初步階段過后，通過增加流速，減少反應(yīng)器體積逐步增加進(jìn)水負(fù)荷，直到達(dá)到最大值。然后將體系保持在穩(wěn)態(tài)操作一個(gè)月（接收厭氧，缺氧和好氧反應(yīng)器的水力停留時(shí)間分別為8.3h,10h和13.3h，流速為0.6I/h，最終出水的循環(huán)比例為7：1）。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程中，用GC/MS設(shè)備對(duì)進(jìn)水和出水在異養(yǎng)好氧階段硝化細(xì)菌和缺氧階段反硝化細(xì)菌的有機(jī)組成進(jìn)行分析。批量測(cè)試時(shí)，用體積為2升的具有密封塞的瓶子裝滿焦化廢水樣品。取相同質(zhì)量的缺氧和厭氧污泥（取自運(yùn)作A1-A2-O體系，并用蒸餾水洗滌，離心）分別加入到兩個(gè)瓶子內(nèi)，以保持的污泥濃度為8.0g/L。在缺氧瓶中加入硝酸鈉，使初始NO3-N濃度為50mg/L，保持缺氧環(huán)境。然后將瓶子密封，并在35℃振蕩水浴中培養(yǎng)。培養(yǎng)8小時(shí)后，取出1200ml的混合液進(jìn)行過濾，其中800ml濾液用做進(jìn)水好氧處理，另外400ml濾液制成GC/MS分析樣品。取缺氧和厭氧出水各800ml放到兩個(gè)燒瓶中，并加入等量的好氧污泥使MLSS混合液懸浮固體濃度維持在4g/L。在室溫下（20℃左右）取出曝氣混合液樣品間歇地進(jìn)行COD和TOC分析。2.2分析方法根據(jù)水和廢水檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)可溶性COD，NH3-N，NO2-N，NO3-N進(jìn)行分析（APHA，1980年）。由島津公司TOC-5000分析儀測(cè)量TOC值。GC/MS分析的廢水樣品由CH2Cl2萃取成中性，堿性和酸性三個(gè)階段階段（每個(gè)階段重復(fù)三次），然后在39-41℃水浴中蒸發(fā)濃縮。所制備的樣品體積為0.2μl后由HP5985-BGC/MS的FID檢測(cè)器設(shè)備進(jìn)行分析。GC/MS的分析條件如下：由石英制成內(nèi)徑0.25mm，長度為50m填充有OV-101的毛細(xì)管色譜柱；氣化室的溫度保持在280℃；溫度控制程序在70℃，3米的基礎(chǔ)上以3℃/m增量增加到280℃。MS離子源溫度為200℃，電子能量為70電子伏特。生物在懸浮和附加的增長都用稱重法測(cè)量。首先用蒸餾水洗滌，以除去一些雜質(zhì)，然后干燥和稱重用于測(cè)量介質(zhì)上附著的生物和生物膜。然后將生物量樣品溶解在0.25N的NaOH溶液中。然后再次用蒸餾水沖洗干凈的介質(zhì)，干燥并稱重。未使用的介質(zhì)也做空白分析來決定是否減少質(zhì)量。對(duì)生物量進(jìn)行了計(jì)算時(shí)扣除凈介質(zhì)重量與介質(zhì)從生物膜附加介質(zhì)的重量。好氧反應(yīng)器的硝化細(xì)菌和異養(yǎng)細(xì)菌與缺氧反應(yīng)器的反硝化細(xì)菌應(yīng)分別取自各自反應(yīng)器的底部和頂部。硝化細(xì)菌，反硝化菌和異養(yǎng)菌培養(yǎng)液列舉如下：氨氧化劑培養(yǎng)液(NH4)2SO4：0.5gKH2PO4：0.07gMgSO4·7H2O：0.05gCaCl2·2H2O：0.05g蒸餾水：100ml將培養(yǎng)基的pH用5％碳酸鈉調(diào)節(jié)到8.0后在121℃高壓滅菌20分鐘。亞硝酸鹽氧化劑培養(yǎng)液用KNO2代替(NH4)2SO4后類似氨氧化劑使用?；痉聪趸?xì)菌培養(yǎng)液葡萄糖：1g酒石酸鉀鈉：10gCaCl2·2H2O：0.5g蒸餾水：100mlKH2PO4：0.2gpH：7.4-7.6利用反硝化菌分別加入2克KNO3和1.68克KNO2,在基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)NO3-和NO2-，然后將培養(yǎng)基在121℃高壓滅菌20分鐘。異養(yǎng)菌培養(yǎng)液牛肉膏：1.0g蛋白胨：10gNacl：5g瓊脂：15-20g蒸餾水：100mlpH：7.0-7.2在121℃高壓滅菌20分鐘。制備細(xì)菌樣品，將10ml無菌蒸餾水和10g填料介質(zhì)與生物膜混合到滅菌的燒瓶中，然后劇烈攪拌以便生物膜從填料介質(zhì)分離。重復(fù)幾次此過程知道介質(zhì)清潔。無菌包裝介質(zhì)，然后干燥并稱重。將濃縮的細(xì)菌溶液按不同的比例稀釋。硝化菌和異養(yǎng)菌在好氧條件，反硝化細(xì)菌在厭氧條件下在28-30℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)28天。異養(yǎng)菌在固體培養(yǎng)基上的進(jìn)行計(jì)數(shù)。硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌用MPN的方法計(jì)數(shù)。3結(jié)果與討論3.1穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)COD和NH3-N的去除。表1穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)平均進(jìn)水和出水濃度進(jìn)水濃度（mg/L）出水濃度（mg/L）去除率（%）COD149611492.4NH3-NNOx-N17.245.1/NO2-N0.590.76/NO3-N16.644.3COD和NH3-N的穩(wěn)態(tài)操作如圖3和圖4所示。表1中列出COD和NH3-N的平均值和去除率。從圖3、圖4和表1可以看出A1-A2-O固定生物膜系統(tǒng)對(duì)COD和NH3-N的去除是有效的。出水NH3-N和COD的平均去除率分別為3.1，114mg/L和98.8，92.4％。污水NOx-N和NO3-N相當(dāng)高是因?yàn)榉聪趸?xì)菌碳源不足。但穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程中出水NO2-N相當(dāng)?shù)?，這表明沒有明顯的硝化細(xì)菌抑制好氧階段。也有人指出，如圖3和圖4所示。即使進(jìn)水COD和NH3-N波動(dòng)，該系統(tǒng)在一定程度上是穩(wěn)定的。圖3COD曲線圖4NH3-N曲線A1-A2-O系統(tǒng)中每個(gè)階段的平均NH3-N的和COD去除率（根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)水濃度計(jì)算）如圖5和圖6所示。圖5表明，氨僅在好氧單元的硝化過程中被去除。氨的增加可能是由于在缺氧和厭氧環(huán)境下氨化含氮有機(jī)物和降解SCN氧不足，（SCN-+3H2O→NH3+HS-+CO2）。如圖6所示，COD在厭氧，缺氧和好氧階段的除去率分別為16.3％，56.0％及20.1％。很明顯，大部分的進(jìn)水COD在好氧單元之前被去除，加載到好氧單元的進(jìn)水因而減少，這有利于硝化性能。圖5每個(gè)階段NH3-N削減圖6每個(gè)階段COD削減3.2A1-A2-O系統(tǒng)有機(jī)物的去除表2為GS/MS備分析的進(jìn)水和出水有機(jī)組合物。如萘酚，萘甲腈，甲基咪唑，苯并呋喃，苯并喹啉等幾種有機(jī)物可以通過A1-A2-O系統(tǒng)完全去除。這些化合物具有較大的分子和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，一般對(duì)環(huán)境不利。從焦化廢水完全去除這些化合物可以減少水道難治性和抑制有機(jī)化合物的有害影響。酚類物質(zhì)去除率為98％以上，吡啶，喹啉，異喹啉去除率為90％以上。某些烷基化吡啶在A1-A2-O系統(tǒng)后產(chǎn)生可能是由于高分子量有機(jī)化合物部分降解。鄰苯二甲酸酯是廢水復(fù)雜生物轉(zhuǎn)化的主要中間成分之一。污水其他主要有機(jī)成分包括烷基吡啶和喹啉。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程中微生物的生物量的測(cè)量和計(jì)數(shù)穩(wěn)定狀態(tài)下每個(gè)反應(yīng)器中的生物量如表3所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，總生物量在缺氧和厭氧條件反應(yīng)器下分別為54.1g/L和35.7g/L的高濃度。還注意到，在缺氧和厭氧反應(yīng)器中懸浮生長很大一部分生物，這是因?yàn)樘畛浣橘|(zhì)的存在，懸浮在微生物可以成功地被保留在反應(yīng)器內(nèi)。在厭氧和缺氧反應(yīng)堆懸浮和附加生長微生物也整個(gè)系統(tǒng)的COD去除率。生物質(zhì)在好氧反應(yīng)器附著生長主要是因?yàn)橥⒌钠貧?。A1-A2-O體系相較在曝氣池中的活性污泥法（4.0-8.0g/L）在好氧階段可以達(dá)到較高濃度的生物量（10.4g/L）。A1-A2-O系統(tǒng)中達(dá)到每個(gè)階段的濃度的高濃度的生物對(duì)COD和NH3-N的去除起到了很大的作用。4結(jié)論A1-A2-O固定生物膜系統(tǒng)可以有效的從焦化廠廢水去除COD和NH3-N?？梢栽贏1-A2-O的每個(gè)階段實(shí)現(xiàn)高濃度的生物量。批量測(cè)試表明，相比缺氧處理焦化廢水經(jīng)厭氧處理后有較高的生物可降解性。目錄第一章總論 11.1項(xiàng)目概要 11.2可行性研究報(bào)告編制依據(jù) 11.3項(xiàng)目區(qū)簡介及建設(shè)單位概況 21.4可研報(bào)告研究內(nèi)容 61.5可研報(bào)告研究結(jié)論、問題及建議 7第二章項(xiàng)目背景及建設(shè)的必要性和可行性 92.1建設(shè)背景 92.2項(xiàng)目建設(shè)的必要性 132.3項(xiàng)目建設(shè)的可行性 15第三章項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容及規(guī)模 173.1項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容 173.2建設(shè)規(guī)模 17第四章場(chǎng)址選擇及建設(shè)條件 194.1場(chǎng)址現(xiàn)狀 194.2建設(shè)條件 19第五章工程方案 245.1方案設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想及原則 245.2建筑設(shè)計(jì) 245.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 295.4給排水設(shè)計(jì) 335.5暖通設(shè)計(jì) 365.6電氣及弱電設(shè)計(jì) 395.7消防設(shè)計(jì) 42第六章能源和資源節(jié)約措施 456.1能源節(jié)約措施 456.2建筑節(jié)能具體措施 466.3給排水資源節(jié)約措施 466.4電氣節(jié)能具體措施 466.5供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)措施 47第七章環(huán)境影響評(píng)價(jià) 487.1環(huán)境影響 487.2保護(hù)措施 507.3安全保護(hù)措施 517.4環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)論 52第八章組織機(jī)構(gòu) 538.1管理機(jī)構(gòu) 538.2項(xiàng)目組織管理 53第九章工程管理及實(shí)施計(jì)劃 549.1項(xiàng)目建設(shè)管理原則 549.2工程管理 549.3項(xiàng)目實(shí)施步驟 559.4項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度計(jì)劃 55第十章勞動(dòng)安全、衛(wèi)生與消防 5810.1勞動(dòng)安全與衛(wèi)生 5810.2消防安全 59第十一章投資估算及資金籌措 6111.1估算依據(jù)及內(nèi)容 6111.2投資估算 6311.3資金籌措 64HYPERLI