基于炭固定化微生物技术的难降解焦化废水处理装置

目引 研究背 研究目 研究意 国内外研究与进 研究方 现行方法的优缺 技术方 装置设计与计 主体构 床体结构优 内构件设 操作条 装置3D模型图与实物 试验运 工艺流 启动运 效益分 创新特 推广前 结 参考文 附件1：项目获奖...........................................................................................................附件2：专利...................................................................................................................00：摘要世界第一钢铁和焦炭工业大国焦化生产中的废水排放量是世界主要工业国家的：5倍。焦化废水是典型的难降解有机废水，酚类、稠环类和含氮杂环类为其中主要难降解污染85%以上，具有高效处理焦化废水的现实意义，并为工业扩大化生关键字：，焦炭是高耗水产业每年焦化废水的排放量约为2.85亿吨是世界主要工业2～5倍。焦化废水是在焦炉煤气冷却、洗涤，粗苯加工及焦油加工过程中产生的，多数未达到。30年代人们就已提出用固定化活细胞在悬浮床或膨胀床EcolotrolHY-F101国内在此领域的研究始于上世纪90年代蔡建安等[3]经规模的研究证明用95%～99.2%COD98.399.7%。定化微生物处理含酚废水。试验表明对于苯酚浓度40mg/L的废水，在投菌量为100ml/10g10g/100ml5hCOD的去除ACAMPVA炭的原料要求高，因此费用较高。主要优点为：比表面积大；具有高浓度的生物量；运转负荷比一般生物处理法高10至20450℃、600℃下缺氧炭化得到9种不同的生物炭。此外，若需处理极高浓度的难降1mol/LKOH改性剂进行改性，进一步增加其比表面积，提pHPZC，改性后的生物炭对微生物的固定量将会显著增加。 图 图 生物炭SEM 图 改性生物炭SEM30℃，120r/min24h，3d后，用磷脂法测定炭中微生物量。600℃综合考虑生物炭能耗与对有机物的去除效果，最终选用450℃的花生壳生84%、78%、79%。PSs450PSs45037.9%5.3%，PSs450表 PSs450元素组成与分PSs450表 PSs450比表面积及与隙结BETPSs450的微孔发达，吸附势大，有助于微生物接近其表面，并发生粘附固定图 PSs450的FTIR谱 图 PSs450的XPS谱FTIRXPS图谱可知，PSs450C组织结构和含氧官能团丰富、数量多，含出H+而呈电负性，对微生物具有静电排斥作用。炭化温度的升高，酸性官能团含量下用。3：表 内径高度

HH1H2H3H4H5H6式中H1——三相分离区高，150mm；VV+VV

D1H1[D1DD1D

D

13

2(D2)2DD2]

式中V1——三相分离区有效体积；0.9时降流区面积过小且出现返混，难以实现载体流态化；另一方面，Dr/D0.850mm90mm45°锥形斜板连接，使流道通畅，避免出现“死区”。升60°DN25国内外学者曾采用在反应器内设置多孔筛板[14]、填料[15]或静态混合器[16]等方法以提高流化床的氧转移效率，降低能耗，但却会增大流动阻力，减少了液体循环流量[17]，易造成反应器内载体阻塞。10%45°、60°、75°倾角分别进行实验后发现，60°倾角的内构件

图 wVss28.510%0.2式中w——载体填充量，g；V——装置有效体积，L；εs——固含率，设计取10%；OG0.211.43103600.09kg/ 式中Oc——供氧量，kg/h；Gs——设计供气量，5L/min。F1D21D210.2210.152 式中F——分离区截面积，m2；D3——分离区外环直径，0.2m；D4——分离区内环直径，0.15m。QV/t28.5/181.58L/式中Q——u0Q/F1.58/1000/0.0140.11m3/(m2图 装置3D模型 图 1—溢流堰2—出水管3—出水槽4—溢流管5—电磁阀6—放空管7—潜水泵8—进水槽9—10—11—12—13—14—15—图 9PSs450生物炭载体，运行5L/min28天，在显微镜下可观80%左右。（a）前期游泳型纤毛 （b）中期固着型纤毛 （c）后期后生生图 图 载体表面生物膜SEM200mg/L40mg/L1.58L/hCOD30天1215所示：苯酚平均去除率喹啉平均去除率苯酚平均去除率喹啉平均去除率时间

时间图 图 稳定运行阶段喹啉去除 图 稳定运行阶段萘去除 图 稳定运行阶段COD去除COD>1500mg/L4表 稳定运行期间进出水COD资料日期/COD去除率对每日出水带出的载体量进定，并计算流失量，结果见下表表 出水中载体浓度本装置对苯酚、喹啉、萘、COD94%、88%、91%、88%40%；生物炭的利用可减少生物质带来的污染和资源浪费生物炭来源广泛，成本低，工业化生产估算价为2500元/t，而具有同类4500～8000元/t；载体流失少，使用长0.71kgCOD/m3·d6～8倍，占地面积1/5～1/10；1000m³/d的焦化废水二级处理阶段采用本工艺，粗估每年可9万度；统生物法二级处理后直接排放，多数未达到。本装置主要应用于焦化废水二本的前提下达标排放废水，具有广阔的推广前景。其中：本作品通过采用以生物炭为载体的固定化微生物技术与新型多重内循环三相流化广前景。，，[2]，，，等.曝气生物流化床（ABFB）处理煤气化废水的研究[J].中国环境科学，2002，22（1：32-[3]韦朝海，，，等.内循环流化床结构参数以及反应器性能的相关性[J].高校化学工程学报，2001，45（3：236-，1990，12（1：40-[5]，华安增.岩样单轴压缩的尺度效应和矿柱支承性能[J].煤炭学报，1997，22(1)：37-[6]水环境技术与设备等主编.三废处理工程技术手册[M].：化学工业[8].固定化细胞技术应用于废水处理的研究进展[J].环境污染与防治2003,25(1):[9]WeyMY,FuCH, gHH,etal.CatalyticoxidizationofSO2fromincinerationfluegas11overgimetallicCu-Cecatalystssupportedonpreoxidizedactivatedcarbon[J].Fuel,2003,82(18):2285-2290．[10]陈冬.固定化废水技术在废水处理中的研究与应用[J].江西农业学报20071（7任源，韦朝海，，等.生物流化床A/O2工艺处理焦化废水过程中有机组分的GC/MC分析[J].环境科学学报，2006，26（1：1785-1791.BosmaJC,HoffmanAC.Onthecapacityofcontinuouspowderclassificationinagas-fluidizedbedwithhorizontalsieve-likebaffles.PowderTechnology,134,1-15,2003.PorterKE,LocketMJ.LimCT.[J].TransInstnChemEng,1972,50(2):91-LinCheng()，ZhangJiyu().Influenceofmultiyershutter-likebaffleonaxialprofilesofsolidsconcentrationandparticlessizeinthree-phase