电化学—生物接触氧化组合技术处理除草剂废水效能研究

论文摘要

农药废水中因含有大量有毒有害的难生物降解物质,其处理处置方法的研究一直是环境保护工作的热点和难点。本文以黑龙江省利民农化技术有限公司除草剂生产废水为研究对象,在进行可行性研究的基础上,构建了以电化学水处理为技术核心,生化法为辅助的电絮凝-电催化氧化-生物接触氧化的组合工艺系统对除草废水进行处理,以期为实际废水的处理提供技术支持。在除草剂废水处理可行性研究阶段,比较了采用聚合氯化铝（PAC）为混凝剂和电絮凝处理除草剂废水的差异,在各自优化条件下,电絮凝处理除草剂废水的效果要好于PAC化学混凝,但成本上化学混凝低于电絮凝0.49元/m3。采用浸渍-热处理法制备了负载Sb掺杂SnO2瓷环粒子电极,并用SEM,XRD对其进行表征证明,负载Sb掺杂SnO2瓷环粒子具备了三维粒子电极的特性要求。同时通过RSM法确定了粒子电极激发电压（U）与电极间距（D）和溶液电导率（P）的关系。它们之间的关系为U=1.38+2.92D+5.0×10-3P-1.48×10-3D·P+0.19D2-1.85×10-6P2。通过以上可行性研究确定了,以电絮凝与三维电催化氧化技术作为除草剂废水的预处理工艺。从处理效果、羟基自由基量、能耗、电流效率方面比较了二维电极体系和三维电极体系处理除草剂废水的差异,除草剂废水在电解120min后,三维和二维电极体系对COD去除率、能耗、电流效率分别为68%、24.3kWh/kg COD,140%和40%,44.5kWh/kg COD,52.2%。通过可行性研究,构建了电絮凝-电催化氧化-生物接触氧化组合工艺系统,并对系统进行了工艺参数的优化。通过四因素三水平的正交实验,确定了电絮凝装置系统的优化参数为,进水上流速度为4L/h,电流密度为15mA/cm2,电极板个数为9个,通断电时间比为4+1。单因素实验优化了三维固定床电化学系统处理电絮凝后除草剂废水的参数,在槽电压30V;曝气量50ml/min;粒子填充量占填充层体积的2/3;保持原水pH=7.69,电解时间为120min。并且采用微生物振荡培养实验法测定了电解120min后的除草剂废水的可生物降解性,该废水适合于生物处理。对除草剂废水后续生化处理的生物接触氧化装置系统进行启动和驯化,在运行64天后,系统中生物膜生长良好,生物群落丰富多样,生物膜厚度达2mm,优化条件的参数是HRT=12h,曝气量为0.8m3/h。在上述优化的工艺条件下,动态运行工艺系统,历时20天,对处理效果进行了综合效能的分析。整个工艺对废水的COD去除率达95%以上,电催化氧化后废水的pH适合于生化法进行处理,电絮凝后出水的电导率升高有利于电催化氧化的进行,而电催化氧化出水的电导率降低有利于生化法的处理。经过电催化氧化后除草剂废水B/C比为0.38。其它水质分析项目检测表明,除草剂废水经过组合工艺处理后能够达到杂环类农药废水排放标准。对不同反应器的出水进行GC-MC分析发现,经过电催化氧化处理后,废水中的大分子有机物可能被分解成多个小分子有机物,经过生物接触氧化处理后,出水中有机物种类减少至最低,相关底物检测不出。对组合工艺中电化学预处理除草剂废水的运行成本进行了初步计算,运行成本主要在铝耗和电耗。处理每吨废水的铝耗成本为0.35元,电耗成本为7.48元,总成本为7.83元。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源、研究背景及研究目的与意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究背景和研究目的与意义
• 1.2 农药废水水质特点及处理处置技术研究现状
• 1.2.1 农药废水的水质特点
• 1.2.2 农药废水处理处置技术研究现状
• 1.2.3 农药废水处理处置技术的发展趋势
• 1.3 电化学水处理技术研究现状
• 1.3.1 电絮凝水处理技术
• 1.3.2 电催化氧化水处理技术
• 1.4 几种除草剂的理化性质与废水处理工艺
• 1.4.1 异噁草酮（Clomazone）
• 1.4.2 丙草胺（pretilachlor）
• 1.4.3 2,4-D（2,4-Dicholrophenoxyacetic acid）
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 实验材料与实验方法
• 2.1 实验材料与仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 除草剂生产废水处理技术路线
• 2.3 组合工艺系统的构建
• 2.3.1 组合工艺系统
• 2.3.2 电絮凝装置构建
• 2.3.3 电催化氧化装置构建
• 2.3.4 生物接触氧化反应器构建
• 2.4 Fluent模拟三维固定床电化学反应装置内流场的方法
• 2.4.1 计算体系的离散化
• 2.4.2 数学模型的建立与边界条件
• 2.5 废水水质的分析项目和测定方法
• 2.5.1 废水指标的检测和分析方法
• 2.5.2 羟基自由基的检测方法
• 2.5.3 废水中有机物的分析方法
• 2.6 电化学分析方法
• 2.6.1 电极结构的表征方法
• 2.6.2 电流效率的计算方法
• 2.6.3 电耗的计算方法
• 第3章 电化学预处理除草剂废水的可行性研究
• 3.1 化学混凝与电絮凝处理除草剂废水的对比研究
• 3.1.1 化学混凝剂处理除草剂废水的可行性研究
• 3.1.2 电絮凝处理除草剂废水可行性研究
• 3.1.3 化学混凝和电絮凝的对比
• 3.2 三维粒子电极的制备表征及激发电压确定
• 2 瓷环粒子电极的制备和表征'>3.2.1 负载Sb掺杂SnO₂瓷环粒子电极的制备和表征
• 2 瓷环粒子电极激发电压的确定'>3.2.2 负载Sb掺杂SnO₂瓷环粒子电极激发电压的确定
• 3.3 二维电极体系与三维电极体系处理除草剂废水的对比研究
• 3.3.1 二维和三维电极体系对除草剂废水处理效果的对比
• 3.3.2 二维和三维电极体系对除草剂废水处理能耗和电流效率的对比
• 3.4 本章 小结
• 第4章 电化学-生物接触氧化组合工艺参数优化
• 4.1 电絮凝装置系统处理除草剂废水的优化
• 4.2 三维固定床电化学反应器运行工艺参数优化
• 4.2.1 Fluent对三维固定床电化学反应装置内流场的模拟
• 4.2.2 三维固定床处理电絮凝后除草剂废水的优化
• 4.3 生物接触氧化装置的启动驯化和运行工艺参数优化
• 4.3.1 生物接触氧化装置的启动和驯化
• 4.3.2 生物接触氧化装置处理电催化氧化后除草剂废水的优化
• 4.4 本章 小结
• 第5章 组合工艺处理除草剂废水综合效能分析
• 5.1 组合工艺动态运行处理除草剂废水的工艺参数
• 5.2 组合工艺处理除草剂废水的效果分析
• 5.2.1 工艺过程废水COD变化分析
• 5.2.2 工艺过程废水pH变化分析
• 5.2.3 工艺过程废水电导率变化分析
• 5.2.4 工艺过程中其它水质变化和可生化性的变化分析
• 5.2.5 工艺过程废水有机物变化分析
• 5.3 组合工艺中电化学预处理除草剂废水的运行成本计算
• 5.4 本章 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢