（环境工程专业论文）两段ao工艺处理高氮化工废水研究.pdf

摘要 摘要 随着经济的高速发展，有机化工行业得到飞速发展。新兴有机产品的大量生 产，造成高凯氏氮( k n ) 综合化工废水的产生量大大增加，此类废水倘若得不 到有效的脱氮除碳处理而直接排放到自然环境中势必造成严重的环境污染，给人 类健康和社会发展带来危害。 某大型化工集团综合废水来源于多套化工装置，主要含有醇醛废水、合成氨 废水、硫酸废水、a c 废水、聚氯乙烯废水、锦纶废水、季戊四醇废水、氟化工 废水、电石渣废水等。废水排放规律性差，集中排放经常发生，水质水量波动较 大。由于a c 废水、锦纶废水、氟化工废水中凯氏氮含量很高，所以废水还具有 高有机氮、高凯氏氮、高毒性、背景组份复杂等水质特点。另外，废水在预处理 时使用废弃的电石渣中和，造成废水中含有大量的钙离子和s s ，导致该污水处 理厂a o o 膜法工艺生化处理系统结钙严重，硝化效果很差，出水氨氮严重超 标，一些氨氮排放量较大的装置如电化厂a c 装置等被迫关停。为解决上述存在 的脱氮难题，本试验在原有工艺基础上提出并研究了二段a o 泥法脱氮工艺， 由于该化工废水含有较高浓度的钙离子，给污水厂现行膜法工艺带来了严重结钙 问题，为此同时也研究了钙离子对泥法处理此种化工废水的硝化抑制情况。 根据上述高有机氮、高凯氏氮、高毒性抑制的化工废水的特点及其处理工艺 现状，本试验设计采用两段a o 工艺，将氨化、除碳、降解毒性抑制物质和脱 氮分别置于独立的反应系统中，一段a o 子系统用于c o d 的去除、有机氮的氨 化和毒性抑制物质的降解，二段a o 子系统用于氨氮的硝化。为适应该化工集 团的后续发展，考查了两段a o 工艺在不同k n 负荷下的处理特性和抗冲击负 荷能力。在1 2 4 d 的稳定运行中，进水有机氮负荷由1 5 m g l 逐步增加至1 0 0 m g l ， 凯氏氮负荷由6 0 m g l 逐步增加至1 8 0 m g l ，c o d 负荷由4 0 0 m g l 逐步增加至 1 6 0 0 m g l 。在低氮负荷期( 第l 4 6 d ) ，进水氨氮、凯氏氮、c o d 浓度分别为 2 3 0 5 9 4 m g l 、5 4 9 9 0 6 m g l 、3 8 2 6 8 0 4 0 m g l ，出水氨氮、凯氏氮、c o d 浓度分别为9 5 1 7 6 m g l 、1 3 4 2 3 5 m g l 、3 6 4 8 8 3 m g l ，氨氮、k n 、c o d 平均去除率分别为7 4 8 0 、7 4 7 6 、9 2 1 0 ；在高氮负荷试验期间( 第4 7 1 2 4 d ) ，进水氨氮、凯氏氮、c o d 浓度为5 1 1 2 4 1 5 m g l 、1 2 5 8 3 0 1 6 m g l 、 4 8 7 0 1 6 9 1 0 m g l ，出水氨氮、凯氏氮、c o d 浓度分别为0 6 2 1 8 m g l 、0 9 一 浙江大学硕十学位论文 2 2 6 m g l 、5 1 6 1 2 4 9 m g l ，氨氮、k n 、c o d 平均去除率为8 8 9 0 、9 0 3 0 、 9 3 6 3 。第6 1 6 2 d 进行了k n 负荷3 0 0 m g l 的冲击试验，系统5 天后出水氨 氮浓度就降到3 0 m g l 以下( 2 1 1 m g l ) ，并持续稳定达标。在第1 0 1 1 1 3 d 进行 了低温模拟试验，取消加热装置，模拟冬天自然条件，由于温度的降低，硝化效 果受到了较大影响，出水氨氮保持在5 1 4 7 2 8 m g l ，平均为5 8 7 9 m g l ，温度 恢复至2 5 2 8 后硝化效果得以迅速回升，4 d 后出水氨氮保持在15 8 2 1 8 m g l 。试验结果表明，两段a o 工艺对高有机氮高凯氏氮化工废水具有良 好的脱氮除碳效果和抗冲击负荷能力。 为探究钙离子对两段a o 泥法工艺处理此化工废水的硝化抑制情况，在第 二阶段试验中，根据该化工集团现有及后续发展情况，设计了3 3 组低氮 ( 6 0 m g l ) 、中氮( 1 2 0 m g l ) 、高氮( 18 0 m g l ) 浓度下低钙( 6 0 0 m g l ) 、中钙 ( 9 0 0 m g l ) 、高钙( 1 2 0 0 m g l ) 离子浓度反应器以研究钙离子对硝化的抑制情 况。试验结果显示，在4 5 d 的稳定运行中，低氮( n h 4 + - n 浓度6 0 m g l ) 条件下， 低钙( c a 2 + 浓度6 0 0 m g l ) 、中钙( c a 2 + 浓度9 0 0 m g l ) 、高钙( c a 2 + 浓度1 2 0 0 m g l ) 对废水的生物硝化抑制作用不明显；中氮( n h 4 + - n 浓度1 2 0 m g l ) 条件下，低 钙( c a 2 + 浓度6 0 0 m g l ) 对废水的生物硝化抑制作用不明显；中钙( c a 2 + 浓度 9 0 0 m g l ) 、高钙( c a 2 + 浓度1 2 0 0 m g l ) 对废水的生物硝化有较大抑制作用，随 着c a 2 + 浓度的增加，硝化抑制作用加大；高氮( n h 4 + - n 浓度18 0 m g l ) 条件下， 低钙( c a 2 + 浓度6 0 0 m g l ) 对废水的生物硝化抑制作用不明显；中钙( c a 2 + 浓度 9 0 0 m g l ) 、高钙( c a 2 + 浓度1 2 0 0 m g l ) 对废水的生物硝化有较大抑制作用，随 着c a 2 + 浓度的增加，硝化抑制作用加大。在相同钙离子浓度下，随着进水氨氮浓 度的增加，系统氨氮负荷增加，硝化效率有所降低。 关键词：生物脱氮；两段a o 工艺；钙硝化抑制；化工废水 i v a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m y , t h eo r g a n i cc h e m i c a li n d u s t r yh a s d e v e l o p e dr a p i d l y m a s sp r o d u c t i o no fe m e r g i n go r g a n i cp r o d u c t sr e s u l t e dt h a t t h e p r o d u c t i o n o fc h e m i c a l - i n d u s t r yw a s t e w a t e rw i t hh i g hk j e l d a h ln i t r o g e n ( k n ) i n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y i fs u c hw a s t e w a t e rw a s n te f f e c t i v e l yd i s p o s e da n dd i r e c t l y d i s c h a r g e di n t ot h en a t u r a le n v i r o n m e n t ，i t sb o u n dt oc a u s es e r i o u se n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n ，h u m a nh e a l t ha n ds o c i a ld e v e l o p m e n tw i l lb ea d v e r s e l y a f f e c t e d t h ei n t e g r a t e dw a s t e w a t e ro fal a r g e - s c a l ec h e m i c a lg r o u pc o r p o r a t i o ni sc a m e f r o mm a n yc h e m i c a lp r o d u c t i v ee q u i p m e n t ，t h ei n t e g r a t e dw a s t e w a t e rm a i n l yc o n t a i n s a l c o h o lf o r m a l d e h y d ew a s t e w a t e r , a m m o n i aw a s t e w a t e r , s u l f u r i ca c i dw a s t e w a t e r , a c w a s t e w a t e r , p v cw a s t e w a t e r , n y l o nw a s t e w a t e r , p e n t a e r y t h r i t o lw a s t e w a t e r , f l u o r i n e c h e m i c a lw a s t e w a t e r , c a l c i u mc a r b i d ew a s t e w a t e r o na c c o u n to ft h ep o o rd i s c h a r g e r e g u l a r i t y , t h eq u a l i t ya n dq u a n t i t yo ft h i sw a s t e w a t e rv o l a t i l es i g n i f i c a n t l y b e c a u s eo f c o n t a i n i n gs o m ew a s t e w a t e rw i t hh i g hc o n c e n t r a t i o no fk n ，s u c ha sa cw a s t e w a t e r , n y l o nw a s t e w a t e r , f l u o r i n ec h e m i c a lw a s t e w a t e r , i ta l s oh a sc o m p l e xc h a r a c t e r i s t i c so f c o n t a i n i n gh i g ho r g a n i cn i t r o g e n ，h i g hk j e l d a h ln i t r o g e n ，h i g ht o x i c i t y , c o m p l i c a t e d b a c k g r o u n dc o m p o n e n t s i na d d i t i o n ，c a l c i u mc a r b i d ew a su s e dt on e u t r a l i z et h e w a s t e w a t e ri nt h ep r e t r e a t m e n t ，r e s u l t i n gi nal a r g en u m b e ro fw a s t e w a t e rc o n t a i n i n g c a l c i u ma n ds s ，i tc a u s e dt h a tt h ea o 一0m e m b r a n et e c h n o l o g yo ft h es e w a g e t r e a t m e n tp l a n tw a si n e f f i c i e n t t h ec o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n ta m m o n i aw a ss e v e r e l y o v e rs t a n d a r d ，s o m el a r g ee q u i p m e n t ss u c ha sa c e q u i p m e n tw a sf o r c e dt ob ec l o s e d t os o l v et h ea b o v e - m e n t i o n e dp r o b l e m s ，b a s e do nt h eo r i g i n a lt r i a lp r o c e s sw eb r i n g f o r w a r da n ds t u d yd o u b l ea on i t r o g e nr e m o v a lp r o c e s s o w n i n gt ot h eh i g h c o n c e n t r a t i o n so fc a l c i u m ，w ea l s os t u d yt h ee f f e c to fc a l c i u mo nn i t r i f i c a t i o nw i t h s u c hc h e m i c a lw a s t e w a t e r a c c o r d i n gt ot h ew a s t e w a t e rc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ea c t u a lt r e a t m e n tp r o c e s si n t h i ss e w a g et r e a t m e n tp l a n t d o u b l ea ot e c h n o l o g yi sp u tf o r w a r da n ds t u d i e d ， a m m o n i a t i o no fo r g a n i cn i t r o g e n ，r e m o v a lo fc a r b o n ，d e g r a d a t i o no ft o x i cs u b s t a n c e s a n dr e m o v a lo fn i t r o g e nw e r ep l a c e di n s e p a r a t er e a c t i o ns y s t e m ，t h ef i r s ta o v 浙江大学硕十学位论文 s u b s y s t e mw a su s e df o rt h er e m o v a lo fc o d ，a m m o n i a t i o no fo r g a n i cn i t r o g e na n d d e g r a d a t i o no ft o x i cs u b s t a n c e s ；t h es e c o n da os u b s y s t e mw a su s e df o rt h ea m m o n i a n i t r i f i c a t i o n i no r d e rt om e e tt h ef o l l o w u pd e v e l o p m e n to ft h eg r o u pc o r p o r a t i o n ，w e s t u d yt h et r e a t m e n tc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ei m p a c tp r o p e r t yo ft h ed o u b l ea op r o c e s s u n d e rt h ed i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o no fk n i nt h e12 4 d s t a b l eo p e r a t i o n ，i nt h ee f f l u e n t ， t h eo r g a n i cn i t r o g e nl o a d i n gi n c r e a s e sg r a d u a l l yf r o m15 m g lt o10 0 m g l ，t h ek n l o a d i n gf r o m6 0 m g lt o18 0 m g l ，t h ec o dl o a d i n gf r o m4 0 0 m g lt o16 0 0 m g l i n t h el o w - n i t r o g e nl o a d i n gp e r i o d ( t h e1s t - - 4 6 t hd a y ) ，t h eg a i n e dp a r a m e t e r so fi n f l u e n t w e r e2 3 0 - 5 9 4 m g l ，5 4 9 - 9 0 6 m g l ，38 2 6 - - - 8 0 4 o m g lf o ra m m o n i al o a d i n g ，k n l o a d i n g ，c o dl o a d i n gr e s p e c t i v e l y t h eg a i n e d p a r a m e t e r s o fe f f l u e n tw e r e 9 5 - 1 7 6 m g l 、1 3 4 2 3 5 m g l 、3 6 4 8 8 3 m g lf o ra m m o n i ac o n c e n t r a t i o n ，k n c o n c e n t r a t i o n ，c o dc o n c e n t r a t i o nr e s p e c t i v e l y t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yw e r e 7 4 8 0 ，7 4 7 6 ，9 2 10 r e s p e c t i v e l y ；i nt h eh i g h n i t r o g e nl o a d i n gp e r i o d ( t h e 4 7 t h - 1 2 4 t hd a y ) ，t h eg a i n e dp a r a m e t e r so fi n f l u e n tw e r e5 1 1 2 4 1 5 m g l ，1 2 5 8 3 01 6 m g l ，4 8 7 0 - 16 91 0 m g lf o ra m m o n i al o a d i n g ，k nl o a d i n g ，c o dl o a d i n g r e s p e c t i v e l y t h eg a i n e dp a r a m e t e r so fe f f l u e n tw e r eo 6 21 8 m e g l ，0 9 - 2 2 6m g l ， 51 6 - 12 4 9 m g lf o ra m m o n i ac o n c e n t r a t i o n ，k nc o n c e n t r a t i o n ，c o dc o n c e n t r a t i o n r e s p e c t i v e l y t h ea v e r a g e r e m o v a le f f i c i e n c yw e r e8 8 9 0 ，9 0 3 0 ，9 3 6 3 r e s p e c t i v e l y ；i n t h e61s t - 6 2 n dd a y , t h ei m p a c t s t u d yo fk nl o a d i n gw h o s e c o n c e n t r a t i o nw a s3 0 0 m g li nt h ei n f l u e n tw a sp e r f o r m e d ，5d a y sl a t e r , t h ea m m o n i a c o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n td e c r e a s e dt o21 1m e g l ( b e l o w3 0m g l ) ，m a k ep o l l u t a n t m e e tt h es t a n d a r ds t e a d i l y ；i nt h elo ls t - 113 r dd a y , t h el o w t e m p e r a t u r es i m u l a t i o n s t u d yw a sp e r f o r m e d ，w ec a n c e l e dh e a t i n gd e v i c et os i m u l a t en a t u r a lc o n d i t i o n si n t h ew i n t e r , d u et ot h el o w e rt e m p e r a t u r e ，t h ee f f e c to fn i t r i f c a t i o nw a si n f l u e n c e d s i g n i f i c a n t l y t h ea m m o n i ac o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n tw a s51 4 7 2 8 m g l ，a na v e r a g e o f5 8 7 9 m ，w h e nt h et e m p e r a t u r ew a sr e c o v e r e dt o2 5 2 8 ，t h ee f f e c to f n i t r i f i c a t i o nr e c o v e r e ds p e e d y , 4 d a y sl a t e r , t h ea m m o n i ac o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n tw a s k e p ta t15 8 - 21 8 m g l t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h ed o u b l ea o p r o c e s s h a s g o o d t r e a t m e n tc h a r a c t e r i s t i c sa n d i m p a c tp r o p e r t y w i t h h i g h c o n c e n t r a t i o no fo r g na n dk n v i a b s t r a c t t oe x p l o r et h ee f f e c to fc a l c i u mo nn i t r i f i c a t i o n ，a c c o r d i n gt ot h ep r e s e n t s i t u a t i o na n dt h e f o l l o w - u pd e v e l o p m e n t s o ft h i sc h e m i c a l i n d u s t r yg r o u p c o r p o r a t i o n ，i nt h es e c o n dp h a s eo ft h et r i a l ，w ed e s i g na3 3g r o u pr e a c t o r sw i t h l o wn i t r o g e n ( 6 0 m g l ) ，m e d i u mn i t r o g e n ( 12 0 m g l ) ，h i 曲n i t r o g e n ( 18 0 m g l ) c o n c e n t r a t i o n so fl o wc a l c i u m ( 6 0 0 m g l ) ，m e d i u mc a l c i u m ( 9 0 0 m g l ) ，h i g hc a l c i u m ( 12 0 0 m g l ) c o n c e n t r a t i o ni no r d e rt or e s e a r c ht h ee f f e c to fc a l c i u mo nn i t r i f i c a t i o n t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sd e m o n s t r a t et h a t ，i nt h e4 5 d a y s s t a b l er u n n i n g ，a tt h e l o w - n i t r o g e n ( n h 4 + - nc o n c e n t r a t i o no f6 0 m g l ) c o n d i t i o n ，t h ee f f e c to fl o wc a l c i u m ( c a 2 + c o n c e n t r a t i o no f6 0 0 m g l ) ，m e d i u mc a l c i u m ( c a 2 + c o n c e n t r a t i o no f9 0 0 m g l ) ， h i g hc a l c i u m ( c a 2 + c o n c e n t r a t i o no f12 0 0 m g l ) o nb i o l o g i c a ln i t r i f i c a t i o nw e r en o t o b v i o u s ；a tt h em e d i u m n i t r o g e n ( n i - t 4 + - nc o n c e n t r a t i o no f12 0 m g l ) c o n d i t i o n ，t h e e f f e c to fl o wc a l c i u m ( c a 2 + c o n c e n t r a t i o no f6 0 0 m g l ) o nb i o l o g i c a ln i t r i f i c a t i o nw a s n o to b v i o u sw h i l et h ee f f e c to fm e d i u mc a l c i u m ( c a + c o n c e n t r a t i o no f9 0 0 m g l ) ， h i g hc a l c i u m ( c a + c o n c e n t r a t i o no f12 0 0 m g l ) w e r es i g n i f i c a n t ；a tt h eh i g h n i t r o g e n ( n h 4 + - nc o n c e n t r a t i o no f18 0 m g l ) c o n d i t i o n ，t h ee f f e c to fl o wc a l c i u m ( c a 2 + c o n c e n t r a t i o no f6 0 0 m g l ) o nb i o l o g i c a ln i t r i f i c a t i o nw a sn o to b v i o u sw h i l et h ee f f e c t o fm e d i u m c a l c i u m ( c a 2 + c o n c e n t r a t i o n o f 9 0 0 m g l ) ，h i g hc a l c i u m ( c a 2 + c o n c e n t r a t i o no f12 0 0 m g l ) w e r es i g n i f i c a n t a tt h es a m ec o n c e n t r a t i o no fc a l c i u m ， a l o n gw i t ht h ei n c r e a s ei nt h ec o n c e n t r a t i o no fa m m o n i an i t r o g e n ，t h ea m m o n i a l o a d i n go fs y s t e mi n c r e a s e d ，t h ee f f i c i e n c yo fn i t r i f i c a t i o nd e c r e a s e d k e yw o r d s ：b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a l ，d o u b l ea op r o c e s s ，e f f e c to fc a l c i u mo n n i t r i f i c a t i o n ，c h e m i c a l i n d u s t r yw a s t e w a t e r v l i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：签字日期： u 。7 年乡月，r 日 签字日期： u o7 年乡月，r 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 逝鎏盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权逝鎏盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位敝储躲于襁平 签字日期：驰) 。7 年；月r 日 导师签名： 阵芬杪 签字r 期：叩年j 月f ，日 致谢 致谢 时光飞逝，转眼三年的研究生生生活即将画上一个句号。此时此刻，我的心 情非常复杂，除了留恋华家池畔沁人心脾的绿色，回味环保楼里紧张刺激的秩序， 我更多地感受到了一种久违的、丰收的喜悦，一种洋溢着自豪的幸福。这种自豪 感源于自己的努力，更离不开师长们的栽培和同学们的帮助。 首先要感谢导师陈英旭教授和李文红老师的授业之恩，本论文是在您们的悉 心指导下完成的。从文章的选题，研究工作的开展，以及论文的撰写，都倾注着 您们的心血。两位老师严谨的治学态度，渊博的学识修养，敏锐的洞察能力、忘 我的工作热情，以及无微不至的关爱，深深的指引着我，激励着我，不仅为我营 造了一种良好的学术氛围，让我学会了以全新的思维思考问题、解决问题，更让 我明白了“态度决定一切、细节决定成败”的做人真谛! 感谢楼莉萍老师、王飞儿老师、施积炎老师、吴伟祥老师、田光明老师、陈 新才老师、丁颖老师、吴坚阳老师、林琦老师、朱优峰老师等一直以来的关心、 指导和帮助；感谢梁新强、李华、俞巧钢、张秋玲的帮助和勉励；感谢钱轶超、 许磊、杜平、杨尚源、方晓波、崔昕意、李松、梁志伟、吴松维、林慧荣、邓华， 沈超峰、胡少平、石德智、武贝、吴晓娜、董春颖等师兄师姐；感谢史铁锤、李 灵香玉、徐振岚等师弟师妹。谢谢你们，我的兄弟姐妹们，跟你们一起走 过的日子给我留下了许多美好的回忆! 感谢一起同甘共苦的好朋友靳杰、杜平、刘翔凯、李卫利、丁怀等! 在外孤 独试验的日子谢谢你们的相伴，我们风里来雨里去，那段美好充实的日子我永远 记在心里! 自本研究开展以来，得到了巨化集团公司常务副总经理王峰涛、巨化集团公 司安全环保部部长何斌、环保产业培育工作办公室，巨化衢州公用有限公司戴星 总经理、徐雪峰副总经理、王曦副总经理以及污水处理厂沈明华厂长、陈仁毅副 厂长、陈小羊助理等领导和部门的大力支持，在试验过程中，巨化有关部门有力 的配合和协助，有力地保障了试验的顺利进行；巨化环保产业办的同志积极配合、 协调相关工作，并多次同我们交流合作，对我们的研究提出了很多宝贵的意见和 建议，在此对他们的大力支持表示衷心的感谢。 感谢关心、支持和帮助我的舍友肖金平、李伟、孟庆平、谢小利。 浙江大学硕士学位论文 感谢所有关心、支持和帮助我的朋友们，谢谢你们! 最后，要特别感谢我挚爱的家人和女友，没有他们默默的付出，就不会有今 天的我! 路漫漫其修远兮，走完人生这一段，还会有更加精彩的下一段，我会更加努 力地面对人生的各种挑战，以实际行动来回报老师和同学们对我的关爱! 谨向参加本论文评阅和答辩的全体专家致以诚挚的谢意! 祝您们幸福安康! 谢谢1 2 0 0 9 年2 月于华家池畔 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 高凯氏氮化工废水处理现状 随着经济的高速发展，化工产品生产过程对环境的污染加剧，对人类健康的 危害也日益普遍和严重，其中特别是精细化工产品( 如制药、染料、日化等) 生产 过程中排出的有机物质，大多都是结构复杂、有毒有害和生物难以降解的物质。 因此，化工废水处理的难度较大。据国家环保局2 0 0 6 年统计，化工废水排放总 量占全国工业废水排放总量的3 8 9 ，居各行业之首，列入国家总量控制的8 种污染物( 石油类、氰化物、汞、砷等) 的排放量也居全国首位。而目前化工行 业工业废水排放达标率只有5 2 9 。尽管近年来我国化工行业的环境污染防治工 作取得了较大进展，废水治理率、排放达标率逐年有所增长。但目前化工行业废 水排放达标率仍不高，对高效、低成本的处理化工废水新工艺、新技术的研究， 已经成为世界各国科学家和工程师研究的重点之一。 1 1 1 高凯氏氮化工废水的来源及水质特点 高凯氏氮化工废水的主要来源于己内酰胺废水、制药废水、醇醛废水，合成 氨废水、硫酸废水、a c 废水、聚氯乙烯废水、锦纶废水、季戊四醇废水、造纸 废水、制革废水、电镀废水、淀粉废水、啤酒废水、味精废水等工业废水。 其基本特征是( 张天胜等，2 0 0 2 ) ：( 1 ) 水质成分复杂，副产物多，反应原 料常为溶剂类物质或环状结构的化合物，增加了废水的处理难度；( 2 ) 废水中污 染物含量高，这是由于原料反应不完全和原料、或生产中使用的大量溶剂介质进 入了废水体系所引起的；( 3 ) 有毒有害物质多，精细化工废水中有许多有机污染 物对微生物是有毒有害的，如卤素化合物、硝基化合物、具有杀菌作用的分散剂 或表面活性剂等；( 4 ) 生物难降解物质多，b c 比低，可生化性较差；( 5 ) 废水 色度高。 1 1 2 高凯氏氮化工废水的处理现状 对化工废水处理技术的研究，目前常用的处理方法主要有物理法、化学法、 物理化学法和生物法。 ( 1 ) 常用的物理法包括过滤法、重力沉淀法和气浮法等。过滤法是以具有 孔粒状粒料层截留水中杂质，主要是降低水中的悬浮物，在化工废水的过滤处理 浙江大学硕士学位论文 中，常用扳框过滤机和微生物过滤机，微孔管由聚乙烯制成，孔径大小可以进行 调节，调换较方便；重力沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉淀性能，在重力场的 作用下自然沉降作用，以达到固液分离的一种过程；气浮法是通过生成吸附微小 气泡附裹携带悬浮颗粒而带出水面的方法。这三种物理方法工艺简单，管理方便， 但不能适用于可溶性废水成分的去除，具有很大的局限性。 ( 2 ) 化学方法是利用化学反应的作用以去除水中的有机物、无机物杂质。 主要有化学混凝法、化学氧化法、电化学氧化法等。化学混凝法作用对象主要是 水中微小悬浮物和胶体物质，通过投加化学药剂产生的凝聚和絮凝作用，使胶体 脱稳形成沉淀而去除( 张蓓等，2 0 0 0 ) 。混凝法不但可以去除废水中的粒径为 l o 一1 0 。6 m m 的细小悬浮颗粒，而且还能去除色度，微生物以及有机物等。该方 法受水温、p h 值、水质、水量等变化影响大，对某些可溶性好的有机、无机物 质去除率低；化学氧化法通常是以氧化剂对化工废水中的有机污染物进行氧化去 除的方法( 王金成等，2 0 0 1 ) 。废水经过化学氧化还原，可使废水中所含的有机 和无机的有毒物质转变成无毒或毒性较小的物质，从而达到废水净化的目的。常 用的有空气氧化，氯氧化和臭氧化法。空气氧化因其氧化能力弱，主要用于含还 原性较强物质的废水处理，c 1 2 是普通使用的氧化剂，主要用在含酚、含氰等有 机废水的处理上，用臭氧处理废水，氧化能力强，无二次污染。臭氧氧化法、氯 氧化法，其水处理效果好，但是能耗大，成本高，不适合处理水量大和浓度相对 低的化工废水；电化学氧化法是在电解槽中，废水中的有机污染物在电极上由于 发生氧化还原反应而去除，废水中污染物在电解槽的阳极失去电子被氧化外，水 中的c i 、o h 。等也可在阳极放电而生成c 1 2 、氧而间接地氧化破坏污染物。实际 上，为了强化阳极的氧化作用，减少电解槽的内阻，往往在废水电解槽中加一些 氯化钠，进行所谓的电氯化，n a c l 投加后在阳极可生成氯和次氯酸根，对水中 的无机物和有机物也有较强的氧化作用。近年来在电氧化和电还原方面发现了一 些新型电极材料，取得了一定成效，但仍存在能耗大、成本高，及存在副反应等 问题。 ( 3 ) 常用于化工废水处理的物理化学法有：离子交换法、萃取法、膜分离 法和吸附法等( 沈耀良等，19 9 9 ) 。废水中经常含有某些细小的悬浮物经及溶解 静态有机物，为了进一步去除残存在水中的污染物，可以采用物理化学方法进行 第一章文献综述 处理。离子交换法是一种借助于离子交换剂上离子和水中离子进行交换反应而除 去废水有害离子态物质的方法，在水的软化、有机废水处理中有着广泛的应用。 萃取法采用与水不互溶但能很好溶解污染物的萃取剂，使其与废水充分混合接 触，利用污染物在水和溶剂中的溶解度或分配比的不同，达到分离、提取污染物 和净化废水的目的。电渗析是在渗析法的基础上发展起来的一项废水处理工艺， 它是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透 过性，而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。反渗透是利用半渗透膜 进行分子过滤，来处理废水的一种方法，所以又称为膜分离技术。这种方法是利 用“半渗透膜”的性质，进行分离作用。这种膜可以使水通过，但不能使水中悬 浮物及溶质通过，所以这种膜称为半渗透膜，利用它可以除去水中的溶解固体、 大部分溶解性有机物和胶状物质。近年来该方法开始得至人们的重视，应用范围 也在不断扩大。这些方法只适用于某一类物质的分离，具有较强的选择性，且成 本较高，容易造成二次污染。 吸附法是利用多孔性固体物质作为吸附剂，以吸附剂的表面吸附废水中的有 机污染物的方法，活性炭是一种非选择性的常用的水处理吸附材料。但是由于活 性炭再生性能差，水处理费用高，因而难以广泛使用。 ( 4 ) 生物法是利用微生物的新陈代谢作用降解转化有机物的过程。随着化 学工业的发展，污染物成分日渐复杂，废水中含有大量的有机污染物，如仅采用 物理或化学的方法是很难达到治理的要求。利用微生物的新陈代谢作用，可对废 水中的有机污染物质进行转化与稳定，使其无害化。生化处理方法主要分为好氧 处理和厌氧处理两大类型，好氧处理方法主要分为活性污泥法和生物膜法。活性 污泥是利用悬浮生长的微生物絮体处理废水的方法，这种生物絮体称为活性污 泥，它由好氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成，具有降解废水中 有机污染物的能力。生物膜法是是通过废水同生物膜接触，生物膜吸附和氧化废 水中的有机物。废水的厌氧生物处理是指在无分子氧的条件下通过厌氧微生物 ( 或兼氧微生物) 的作用，将废水中的有机物分解转化为甲烷和二氧化碳的过程， 所以又称厌氧消化。厌氧生物处理实际上是一个复杂的生物化学过程。研究表明， 厌氧过程主要依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产 甲烷细菌的联合作用完成。 浙江大学硕士学位论文 用生化法处理废水具有运行成本低，操作管理简单，但由于微生物对营养物 质、p h 值、温度等条件有一定要求，较难以适应化工废水水质变化大、成分复 杂、毒性高、难降解的特点，单纯用生化法治理化工废水达标工作难度较大。 针对化工废水处理的这种特点，处理工艺的选择宜根据实际废水的水质采取 适当的预处理方法，如絮凝、内电解电解、吸附、光催化氧化等工艺，破坏废 水中难降解有机物、改善废水的可生化性；再联用生化方法，如s b r 、接触氧 化工艺，a o 工艺等，对化工废水进行深度处理。目前，国内对处理化工废水工 艺的研究也趋向于采用多种方法的组合工艺。例如，柴晓利等( 2 0 0 0 ) 采取内电 解混凝沉淀一厌氧一好氧工艺处理医药废水、吴昌龙等( 1 9 9 8 ) 采用大孔吸附树 脂吸附和厌氧一好氧生物处理一絮凝沉淀法处理有机化工废水、田禺等( 1 9 9 8 ) 采取臭氧一生物活性碳工艺去除水中有机污染物、曾庆福等( 2 0 0 4 ) 采用的光催 化氧化一内电解一s b r 组合方法处理高浓化工废水、罗华霖等( 2 0 0 7 ) 采用摇 动床a o 法处理石化废水、余颖雄( 2 0 0 5 ) 采用a o 生物脱氮工艺处理高浓度 化工废水、王学江等( 2 0 0 1 ) 采用悬浮填料生物膜a o 法处理石化废水、孟令 华等( 2 0 0 3 ) 利用a o 技术处理己内酰胺生产废水都取得了比较好的结果。 1 2 活性污泥法生物脱氮基本原理 1 2 1 生物脱氮的理论基础 废水中氮素主要以有机态氮( 蛋白质、氨基酸、尿素等) 和氨态氮的形式存 在。生物脱氮的基本原理是先将废水中有机氮转化为氨氮，然后通过硝化反应将 氨氮转化为硝态氮，再通过反硝化反应使硝态氮还原成气态氮从水中逸出，从而 达到废水脱氮的目的。