磷酸銨鎂結(jié)晶法去除和回收煤氣化廢水中的氨氮

【摘要】： 煤氣化廢水中含有大量氨氮和酚類等物質(zhì),由于濃度和毒性高,無法直接生化處理。如果大量氨氮進入自然水體會引起水體的富營養(yǎng)化,對環(huán)境產(chǎn)生極大的危害。同時氮也是寶貴的工農(nóng)業(yè)資源,有必要回收利用。在研究煤氣化廢水特點的基礎上,選擇磷酸銨鎂(Magnesium Ammonium Phosphate, MAP)結(jié)晶法處理煤氣化廢水中的氨氮,達到回收資源,保護環(huán)境的目的。利用實際煤氣化廢水進行了小試實驗,研究MAP最佳反應參數(shù)。同時運用FLUENT計算流體力學模擬軟件,模擬并優(yōu)化了MAP反應器的結(jié)構。在此基礎上,對于新型MAP結(jié)晶反應器進行現(xiàn)場中試實驗,確定其最佳運行參數(shù)。 結(jié)果表明,煤氣化廢水中的高濃度酚類不會影響MAP反應的進行。對MAP結(jié)晶法處理煤氣化廢水中的氨氮進行小試實驗時,P/N和Mg/N摩爾比是最重要的反應參數(shù)。當P/N、Mg/N摩爾分別比為1.1和1.2時,氨氮的去除率可達到98%,同時殘余PO_4~(3-)保持在一個相對較低的水平。經(jīng)過正交優(yōu)化,在保證NH_4~+-N去除率的前提下,降低殘余PO_4~(3-)-P濃度,得到該工藝的處理煤氣化廢水的最佳反應條件為pH 9.5,反應時間9.1min,攪拌轉(zhuǎn)速120rpm,沉淀時間1.5h,P/N摩爾比為1.0,Mg/N摩爾比為1.2~1.3。 基于小試實驗的結(jié)果,設計了新型MAP結(jié)晶反應器,并利用FLENUT計算流體力學軟件對其結(jié)構進行模擬優(yōu)化和放大。通過對不同攪拌槳產(chǎn)生的速度場和湍流能的比較,表明長形攪拌槳產(chǎn)生的流場速度值和湍流能均最大且分布均勻。消能板模擬中研究發(fā)現(xiàn),增加消能板后出口處速度顯著減小。5種不同結(jié)構的消能板中,特別消能板消能效果最好,消能效果達到95%。在儲泥量優(yōu)化實驗中發(fā)現(xiàn),儲泥量的變化對于出水速度基本沒有影響,因此可以按照設計量滿負荷承載MAP晶體,減少排泥次數(shù)。 根據(jù)小試實驗和反應器的研究,運用新型MAP中試結(jié)晶反應器在現(xiàn)場展開連續(xù)流實驗。實驗表明MAP中試結(jié)晶反應器可有效的去除煤氣化廢水中的氨氮,去除率保持在90%以上,并且出水磷濃度保持在非常低的范圍,不會造成二次污染。MAP中試結(jié)晶反應器最佳運行參數(shù)為:進水氨氮濃度2000mg/L左右,pH為8.5~9.5,THRT為1.71h,攪拌轉(zhuǎn)速120rpm,P/N摩爾比0.9~1.0,Mg/N摩爾比1.2左右,排泥間隔4h。在最佳運行參數(shù)下,反應器日處理能力為5.5t/d,達到設計要求。 對中試實驗的產(chǎn)物做化學成分分析發(fā)現(xiàn),沉淀物MAP純度基本不隨反應條件的變化而變化,保持在85%左右。并且通過顯微照片可以發(fā)現(xiàn),沉淀物中絕大多數(shù)都是正菱形晶體即MAP晶體。 通過簡單的經(jīng)濟分析,發(fā)現(xiàn)在最佳運行參數(shù)條件下,處理成本為盈余0.52￥/m~3(不考慮設施投資、電能和人工費等)盈余的這部分錢可以部分抵消設施投資、電能和人工費等,將處理成本控制在一個可以接受的范圍。這為MAP結(jié)晶法的工業(yè)運用提供了良好的先決條件。 MAP結(jié)晶法處理煤氣化高濃度氨氮廢水,具有操作簡單、處理效果好的特點。因此在中試實驗研究成果基礎上,可以進一步推動MAP技術實際生產(chǎn)運用,為煤氣化廢水處理提供了新的解決方法。同時研究成果也可運用到其他類型的高濃度氮/磷廢水。 【關鍵詞】：煤氣化廢水 磷酸銨鎂 MAP反應器 FLUENT
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：X703.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-25
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 高濃度氨氮廢水處理方法11-13
• 1.2.1 折點氯化法11
• 1.2.2 選擇性離子交換化法11-12
• 1.2.3 空氣吹脫法與汽提法12
• 1.2.4 生物法12
• 1.2.5 化學沉淀法12-13
• 1.3 MAP結(jié)晶工藝原理及研究現(xiàn)狀13-18
• 1.3.1 MAP主要理化性質(zhì)13-15
• 1.3.2 反應影響參數(shù)研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.3 廉價沉淀劑的研究17-18
• 1.3.4 MAP工藝應用現(xiàn)狀18
• 1.4 MAP結(jié)晶反應器研究及運用18-23
• 1.4.1 攪拌式反應器18-19
• 1.4.2 氣動流化床反應器19-20
• 1.4.3 水力流化床反應器20-21
• 1.4.4 雙池反應器21-22
• 1.4.5 內(nèi)循環(huán)接種反應器22-23
• 1.5 論文研究目的和意義及主要研究內(nèi)容23-25
• 1.5.1 論文研究目的和意義23-24
• 1.5.2 研究內(nèi)容24-25
• 第2章 實驗材料與方法25-35
• 2.1 MAP處理煤氣化氨氮廢水小試實驗25-27
• 2.1.1 煤氣化廢水水質(zhì)25
• 2.1.2 實驗方法25-27
• 2.2 MAP反應器結(jié)構優(yōu)化27-32
• 2.2.1 反應裝置27-28
• 2.2.2 基于FLUENT模擬的MAP結(jié)晶反應器優(yōu)化28-32
• 2.3 MAP反應器處理煤氣化廢水中試實驗32-34
• 2.3.1 實驗設備和實驗用水32-33
• 2.3.2 實驗內(nèi)容和方法33-34
• 2.4 分析方法34-35
• 第3章 MAP結(jié)晶法處理煤氣化高氨氮廢水小試實驗35-43
• 3.1 苯酚對于MAP處理效果的影響35-37
• 3.1.1 苯酚對于出水氨氮和磷濃度的影響35-36
• 3.1.2 沉淀速度的影響36-37
• 3.2 MAP法處理煤氣化高濃度氨氮廢水單因素實驗37-41
• 3.2.1 反應pH37
• 3.2.2 反應時間37-38
• 3.2.3 沉淀時間38-39
• 3.2.4 P/N摩爾比39-40
• 3.2.5 Mg/N摩爾比40-41
• 3.3 MAP法處理煤氣化高濃度氨氮廢水正交實驗41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第4章 基于FLUENT模擬的MAP結(jié)晶反應器優(yōu)化43-52
• 4.1 攪拌槳葉優(yōu)化43-45
• 4.1.1 速度場比較43-44
• 4.1.2 湍流能比較44-45
• 4.2 消能板優(yōu)化45-50
• 4.2.1 消能板速度場、軌跡線比較45-48
• 4.2.2 消能板出口邊界矢量速度值比較48-50
• 4.3 儲泥量優(yōu)化50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第5章 MAP結(jié)晶反應器處理煤氣化廢水中試實驗52-61
• 5.1 現(xiàn)場中試反應器運行特性研究52-56
• 5.1.1 進水氨氮濃度影響52-53
• 5.1.2 總水力停留時間影響53-54
• 5.1.3 P/N摩爾比的影響54-55
• 5.1.4 Mg/N摩爾比的影響55-56
• 5.2 產(chǎn)物分析56-58
• 5.2.1 產(chǎn)物化學成分分析56-57
• 5.2.2 沉淀物形態(tài)分析57-58
• 5.3 經(jīng)濟效益分析58-59
• 5.4 本章小結(jié)59-61
• 結(jié)論61-63
• 參考文獻63-69
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及其它成果69-71
• 致謝71

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