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1、化学工程学院新产品开发训练报告2018-12课题名称：有序介孔碳的合成课题类型：设计/论文级:评语:姓名:学号:指导教师:指导教师签名:第一部分文献综述1.1深度处理以及深度处理的研究现状污水处理一般来说包含以下三级处理：一级处理是它通过机械处理，如格栅、沉淀或 气浮，去除污水中所含的石块、砂石和脂肪、油脂等。二级处理是生物处理，污水中 的污染物在微生物的作用下被降解和转化为污泥。三级处理是污水的深度处理，它包 括营养物的去除和通过加氯、紫外辐射或臭氧技术对污水进行消毒。可能根据处理的 目标和水质的不同，有的污水处理过程并不是包含上述所有过程。三级处理,三个级别中的最后一级，是污水高级处理 又

2、称深度处理）措施。污 水经过二级处理后，仍含有磷、氮和难以生物降解的有机物、矿物质、病原体等，需 要进一步净化处理，以便消除污染。污水高级处理的另一种形式是物理化学处理法见）。根据三级处理出水的具体去向和用途，其处理流程和组成单元有所不同。如果为防 止受纳水体富营养化，则采用除磷和除氮的处理单元过程；如果为保护下游饮用水源 或浴场不受污染，则应采用除磷、除氮、除毒物、除病原体等处理单元过程；如果直 接作为城市饮用以外的生活用水，例如洗衣、清扫、冲洗厕所、喷洒街道和绿化地带 等用水,其出水水质要求接近于饮用水标准，则要采用更多的处理单元过程。污水的三 级处理厂与相应的输配水管道结合起来便形成城市

3、的中水道系统。三级处理各个单元处理过程如下：除磷 最有效和实用的除磷方法是化学沉淀法，即投加石灰或铝盐、铁盐形成难溶 性的磷酸盐沉淀。石灰与废水中的磷酸根离子发生如下反应而形成难溶的羟基磷灰石 沉淀：412-01 + 5Ca+ 4OHC（OH（PO泣+ 3HC为了保证投加石灰的沉淀除磷效果， 必须将pH值提高到9.511.5。铝盐和磷酸根反应生成的磷酸铝在 pH值为6时沉淀效果最好，铁盐和磷酸根反应 生成的磷酸铁在PH值为4时沉淀效果最好。为了确定金属盐的准确投量，须对待处 理的污水进行小型实验。除氮 生物硝化-反硝化法：是需氧生物处理过程和厌氧生物处理过程串联工作的 系统。污水中的含氮有机物

4、首先经需氧生物处理转化为硝酸盐，随后再经厌氧生物处 理将硝酸盐还原为氮气析出而被去除。有多种处理流程，如三级串联的处理系统，其 中第一级用于氧化碳水化合物，第二级用于氧化含氮有机物，而第三级是使第二级产生 的硝酸盐在厌氧条件下还原析出氮气。在所有的处理流程中，都是向厌氧系统中投加 一些补充的需氧源 如甲醇），以使反硝化所需的反应时间缩短而切合实用。1.2深度处理常见的方法有以下几种:1活性炭吸附法活性炭是一种多孔性物质，而且易于自动控制，对水量、水质、水温变化适 应性强，因此活性炭吸附法是一种具有广阔应用前景的污水深度处理技术。活性炭对分子量在 5003 000的有机物有十分明显的去除效果，去

5、除率一般为70%86.7%，可经济有效地去除嗅、色度、重金属、消毒副产物、氯化有机物、农药、放射性有机物等。常用的活性炭主要有粉 末活性炭PAC）、颗粒活性炭GAC）和生物活性碳BAC）三大类。近年来，国外对 PAC的研 究较多，已经深入到对各种具体污染物的吸附能力的研究。淄博市引黄供水有限公司根据水污染 的程度，在水处理系统中，投加粉末活性炭去除水中的COD，过滤后水的色度能降底12度；臭味降低到0度。GAC在国外水处理中应用较多，处理效果也较稳定，美国环保署vUSEPA）饮用水标准的64项有机物指标中，有51项将GAC列为最有效技术。GAC处理工艺的缺点是基建 和运行费用较高，且容易产生亚

6、硝酸盐等致癌物，突发性污染适应性差。如何进一步降低基建投 资和运行费用，降低活性炭再生成本将成为今后的研究重点。BAC可以发挥生化和物化处理的协同作用，从而延长活性炭的工作周期，大大提高处理效率，改善出水水质。不足之处在于活性炭 微孔极易被阻塞、进水水质的pH适用范围窄、抗冲击负荷差等。目前，欧洲应用BAC技术的水厂已发展到70个以上，应用最广泛的是对水进行深度处理。抚顺石化分公司石油三厂采用BAC技术，既节省了新鲜水的补充量，减少污水排放量，减轻水体污染，降低生产成本，还体现了经 济效益和社会效益的统一 5。今后的研究重点是降低投资成本和增加各种预处理措施与BAC联用，提高处理效果。2膜分离

7、法膜分离技术是以高分子分离膜为代表的一种新型的流体分离单元操作技术。它的最大特点是分离过程中不伴随有相的变化，仅靠一定的压力作为驱动力就能获得很高的 分离效果，是一种非常节省能源的分离技术。微滤可以除去细菌、病毒和寄生生物等，还可 以降低水中的磷酸盐含量。天津开发区污水处理厂采用微滤膜对SBR二级出水进行深度处理,满足了景观、冲洗路面和冲厕等市政杂用和生活杂用的需求。超滤用于去除大分子，对 二级出水的COD和BOD去除率大于50%。北京市高碑店污水处理厂采用超滤法对二级出 水进行深度处理，产水水质达到生活杂用水标准，回用污水用于洗车，每年可节约用水4700 m3。反渗透用于降低矿化度和去除总溶

8、解固体，对二级出水的脱盐率达到90%以上，COD和BOD的去除率在85%左右，细菌去除率90%以上。缅甸某电厂采用反渗透膜和电除 盐联用技术，用于锅炉补给水。经反渗透处理的水，能去除绝大部分的无机盐、有机物和微 生物。纳滤介于反渗透和超滤之间，其操作压力通常为0.51.0 MPa，纳滤膜的一个显著特点是具有离子选择性，它对二价离子的去除率高达 95%以上，一价离子的去除率较低，为40%80%。采用膜生物反应器-纳滤膜集成技术处理糖蜜制酒精废水取得了较好结果，出 水COD小于100 mg/L,废水回用率大于80%。我国的膜技术在深度处理领域的应用与世界 先进水平尚有较大差距。今后的研究重点是开发

9、、制造高强度、长寿命、抗污染、高通量的 膜材料，着重解决膜污染、浓差极化及清洗等关键问题。3高级氧化法工业生产中排放的高浓度有机污染物和有毒有害污染物，种类多、危害 大，有些污染物难以生物降解且对生化反应有抑制和毒害作用。而高级氧化法在反应中产生 活性极强的自由基 如?OH等），使难降解有机污染物转变成易降解小分子物质，甚至直接 生成CO2和H2O，达到无害化目的。3.1湿式氧化法湿式氧化法vWAO）是在高温15 0350 C）、高压0.520 MPa）下利 用O2或空气作为氧化剂，氧化水中的有机物或无机物，达到去除污染物的目的，其最终产 物是CO2和H2O14。福建炼油化工有限公司于 200

10、2年引进了 WAO工艺，彻底解决了碱 渣的后续治理和恶臭污染问题，而且运行成本低，氧化效率高。3.2湿式催化氧化法湿式催化氧化法CWA O）是在传统的湿式氧化处理工艺中加入适宜 的催化剂使氧化反应能在更温和的条件下和更短的时间内完成，也因此可减轻设备腐蚀、降 低运行费用。目前，建于昆明市的一套连续流动型CWAO工业实验装置，已经体现出了较好的经济性。湿式催化氧化法的催化剂一般分为金属盐、氧化物和复合氧化物3类。目前，考虑经济性，应用最多的催化剂是过渡金属氧化物如Cu、Fe、Ni、Co、Mn等及其盐类。采用固体催化剂还可避免催化剂的流失、二次污染的产生及资金的浪费。3.3超临界水氧化法超临界水氧

11、化法把温度和压力升高到水的临界点以上，该状态的水就称为超临界水。在此状态下水的密度、介电常数、粘度、扩散系数、电导率和溶剂化学性 能都不同于普通水。较高的反应温度 400600 C 和压力也使反应速率加快，可以在几秒 钟内对有机物达到很高的破坏效率。美国德克萨斯州哈灵顿首次大规模应用超临界水氧化法 处理污泥，日处理量达9.8 t。系统运行证明其COD的去除率达到99.9%以上，污泥中的有 机成分全部转化为CO2、H2O以及其他无害物质，且运行成本较低。3.4光化学催化氧化法目前研究较多的光化学催化氧化法主要分为Fen ton试剂法、类Fen ton试剂法和以TiO2为主体的氧化法。Fen to

12、n试剂法由Fe nton在20世纪发现，如今作 为废水处理领域中有意义的研究方法重新被重视起来。Fenton试剂依靠H2O2和Fe2+盐生成?OH，对于废水处理来说，这种反应物是一个非常有吸引力的氧化体系，因为铁是很丰富且无毒的元素，而且H2O2也很容易操作，对环境也是安全的20。Fenton试剂能够破坏废 水中诸如苯酚和除草剂等有毒化合物。目前国内对于Fen ton试剂用于印染废水处理方面的研究很多，结果证明Fen ton试剂对于印染废水的脱色效果非常好。另外，国内外的研究还 证明，用Fen ton试剂可有效地处理含油、醇、苯系物、硝基苯及酚等物质的废水。类 Fen ton试剂法具有设备简单

13、、反应条件温和、操作方便等优点，在处理有毒有害难生物降解 有机废水中极具应用潜力。该法实际应用的主要问题是处理费用高，只适用于低浓度、少量 废水的处理。将其作为难降解有机废水的预处理或深度处理方法，再与其他处理方法 如生物法、混凝法等）联用，则可以更好地降低废水处理成本、提高处理效率，并拓宽该技术的 应用范围。光催化法是利用光照某些具有能带结构的半导体光催化剂如Ti02、ZnO、CdS、W03等诱发强氧化自由基？0H,使许多难以实现的化学反应能在常规条件下进行。锐钛矿 中形成的Ti02具有稳定性高、性能优良和成本低等特征。在全世界范围内开展的最新研究 是获得改良的 掺入其他成分）Ti02，改良

14、后的Ti02具有更宽的吸收谱线和更高的量子产 生率。3.5电化学氧化法电化学氧化又称电化学燃烧，是环境电化学的一个分支。其基本原理 是在电极表面的电催化作用下或在由电场作用而产生的自由基作用下使有机物氧化。除可将 有机物彻底氧化为C02和H20外，电化学氧化还可作为生物处理的预处理工艺，将非生物 相容性的物质经电化学转化后变为生物相容性物质。这种方法具有能量利用率高，低温下也 可进行；设备相对较为简单，操作费用低，易于自动控制；无二次污染等特点。3.6超声辐射降解法超声辐射降解法主要源于液体在超声波辐射下产生空化气泡，它能 吸收声能并在极短时间内崩溃释放能量，在其周围极小的空间范围内产生1 9

15、005 200 K的高温和超过50 MPa的高压。进入空化气泡的水分子可发生分解反应产生高氧化活性的 ?0H，诱发有机物降解；此外，在空化气泡表层的水分子则可以形成超临界水，有利于化学 反应速度的提高。超声波对含卤化物的脱卤、氧化效果显著，氯代苯酚、氯苯、 CH2CI2、 CHCl3、CCl4等含氯有机物最终的降解产物为 HCI、H20、CO、C02等。超声降解对硝基 化合物的脱硝基也很有效。添加 03、H2O2、Fenton试剂等氧化剂将进一步增强超声降解效 果。超声与其他氧化法的组合是目前的研究热点，如US/O3、US/H2O2、US/Fenton US/光化学法。目前，超声辐射降解水体污

16、染物的研究仍处于实验探索阶段。3.7辐射法辐射法是利用高能射线y x射线）和电子束等对化合物的破坏作用所开发的污水辐射净化法。一般认为辐射技术处理有机废水的反应机理是由于水在高能辐射的作用下产生？0H、H2O2、？H02等高活性粒子，再由这些高活性粒子诱发反应，使有害物质降解。 辐射法对有机物的处理效率高、操作简便。该技术存在的主要难题是用于产生高能粒子的装 置昂贵、技术要求高，而且该法的能耗大、能量利用率较低；此外为避免辐射对人体的危 害，还需要特殊的保护措施。因此该法要投入运行，还需进行大量的研究探索工作。4臭氧法臭氧具有极强的氧化性，对许多有机物或官能团发生反应，有效地改善水质。 臭氧能

17、氧化分解水中各种杂质所造成的色、嗅，其脱色效果比活性炭好；还能降低出水浊 度，起到良好的絮凝作用，提高过滤滤速或者延长过滤周期。目前，由于国内的臭氧发生技 术和工艺比较落后，所以运行费用过高，推广有难度。污水的深度处理在城市和工业污水回 用处理中扮演着非常重要的角色。在传统的生物方法之后，深度处理用于去除额外的污染 物、特殊金属以及其他有害成分。现在已有的深度处理方法包括颗粒介质过滤、吸附、膜技 术、高级氧化和消毒等。声技术是一种正在发展的、重要的，并且能够得到高质量再生水源 的污水回用技术。不断的深入研究将会带来更为有效的污水回用技术的改进，并在未来的污 水回用中更为广泛的使用。1.3污水深

18、度处理常用几个方法的优缺点污水深度处理常用技术及其优缺点国内外研究经验表明，污水深度处理方法大致可分为三类：生物处理法、物理化学处理法、膜处理法。一般来说，需要根据回用水的水质要求，选择合适的处理方法，才能达到经济、合理的处理效果。1、混凝技术。混凝工艺可去除污水中呈胶体和微小悬浮状态中的有机物和无机污染物，通常作为城市生活污水深度处理的预处理，能有效去除二沉池出水中的悬浮物和磷酸盐，还可以部分去除溶解性有机物，去除率约为36%-40%，主要为分子量大于 5,000的疏水性有机物。混凝法是给水和废水处理中广泛应用的一 种方法，它可以用来降低原水的浊度、色度等感官指标，去除多种高分子有机物，某些

19、重金属和放射性物质。然而，城市污水二级出水形成的浊度主要是胶体和菌胶团微粒，往往不是很高，混凝时难以形成沉降性能良好的絮体，往往需要寻求高效的絮凝剂 ，这也是其作为污水深度处理的主要缺点。优点：适用范围广泛、操作简便、可以大大降低深度处理运行成本。缺点：对絮凝剂的要求较高，且无法去除氨氮，处理后水质适应性差。2、生物技术。在二级出水的低浓度条件下 ，活性污泥很难培养，因此一般在深度处理时宜采用生物过滤法 常用曝气生物滤池法和生物接触氧化法。（1曝气生物滤池（BAF。曝气生物滤池是在生物滤池下部或底部增加曝气系统进行污水处理的方法。根 据水流方向可分为上向流和下向流两种，早期的曝气生物滤池多采用

20、下向流，但是下向流曝气生物滤池具有纳污效率不高、易堵塞和运行周期短等特点，因此,通过改变进出水的方向和滤池进出水过水断面的大小形成了向上流变速曝气生物滤池，可更好地利用滤池的深度、减少堵塞的可能性。另外，生物滤池中的滤料对于处理效果的好坏影响很大，目前比较新的滤料有酶促陶粒，它利用多孔陶粒的微孔增加了生物的附着量，同时酶的催化作用也加强了处理的效果。龙腾锐等利用微型酶促填料和素陶粒填充构成的新型复 合变速生物滤池对二级出水进行实验，出水水质完全满足杂用水水质标准。（2生物接触氧化法。生物接触氧化技术是在池内填充填料，已经充氧的污水浸没全部填料 ，并以一定的流速流经填料，填料上布满生物膜，污水与

21、生物膜广泛接触，在生物膜微生物新陈代谢的作用下 ，污水中大部 分有机污染物得以去除。目前，该技术除用于生活污水和城市污水的二级处理外，还应用于石油化工、农药、印染、纺织、轻工造纸、食品加工和发酵酿造等工业废水处理，都取得了良好的处理效果。优点：能去除氨氮、亚硝酸盐、铁、锰、嗅味、色度等，处理经济、操作简便，能耗较低。缺点：挂膜需要的时间较长。3、 活性炭吸附技术。由于活性炭具有发达的细孔结构和巨大的比面积，可有效去除色度、臭味和水中大多数有机污染物，对于生物法和化学法难以去除的有机污染物都有较强的去除效果，也能去除某些无机物包括有毒的重金属，在水的深度处理中是应用最广泛和最有效的方法之一。然而

22、，一般污水二级出水中含有大量生物絮体及生物残渣，若直接采用活性炭吸附柱，易堵。另外，对于分子量大于 30,000的有机物，由 于活性炭微孔的大小排斥作用而没有吸附效果。优点：可有效去除色度、臭味和水中大多数有机污染物和有毒的重金属物质。缺点：活性炭吸附柱易堵塞，对于分子量大于30,000的有机物无吸附效果。4、 臭氧法。臭氧具有极强的氧化性，对许多有机物或官能团发生反应，有效地改善水质。臭氧能氧化分解水中各种杂质所造成的色、嗅，其脱色效果比活性炭好。还能降低出水浊度，起到良好的絮凝作用，提高过滤滤速或者延长过滤周期。优点：能有效去除水中色度、臭味，降低水的浊度。缺点：国内的臭氧发生技术和工艺比

23、较落后，所以运行费用过高，推广有难度。5、膜分离技术。该技术可有效去除废水的色度、臭味、各种离子消毒副产物前体、大分子如腐殖酸和灰黄霉酸等许多有机物和微生物，在污水处理与回用方面应用日益广泛，极大地推进了污水处理和回用工作。应用于污水资源化的膜技术有微滤 （MF、超滤（UF、反渗透（R0纳滤（NF以及膜生物反应器（MBR 等。MF UF和NF的截流分子量分别为 100,000500,000、2,000100,000和20010,000，RO 膜的截流 分子量通常低于1,000。优点：可有效去除废水的色度、臭味、各种离子消毒副产物前体、大分子如腐殖酸和灰黄霉酸等许多有机物和微生物。缺点：膜技术虽

24、然已广泛用于水处理技术，但是二级出水中仍含有一定的有机污染物，很容易污染膜，影响膜的性能包括渗透性和有机物的去除效率，对低温适应性差，难以在高寒的北方地区应用。我国的膜技术在深度处理领域的应用与世界先进水平尚有较大差距。6、高级氧化法（AOP。高级氧化法选择性小，反应速度快。氧化彻底，处理效率高。对于污水中微量有害 化学物质的去除具有显著的效果，可有效减少THMs的生成。典型的均相 AOP过程中有O3/UV,O3/H2O2,UV/H2O2,H2O2/Fe3+（Fenton试剂。有研究者利用臭氧和其他氧化剂（紫外辐射、过氧化氢和TiO2强化降解极性有机物 CF。优点：能有效减少THMS的生成，在

25、处理水中微量有害化学物质领域具有广泛的前景。缺点：限制较多，经济性差，影响推广，同时也可以查看中国污水处理工程网更多关于污水处理的技术文档。1.4污水深度处理的现状印染行业是工业中的排污大户，约占整个工业废水的 35%。特别是我国加入WTO后，纺织印染行业增长迅速，其废水排放量不 断增加。据统计，中国具有一定生产规模的、有统计资料的印染织物总量2003年为290亿m,加上未能统计的小型印染厂，估计总印染量为320亿m1。按平均印染100m织物产生废水5t计,全国每年产生印染废水约为 16亿t。随着新型染料、助剂 的不断开发和应用，处理难度也在增大。而且，随着排放标准的日趋严格，水费也在不断上涨

26、。因此，印染废水的深度处理和回 用具有广阔的应用前景。1.5污水深度处理的前景展望 当前国内焦化废水处理主要依照的标准是污水综合排放标准GB8978-1996），COD一级标准是100mg/L,氨氮是25mg/L。随着国家水质标准的提高，主流工艺AO及其变形工艺对城市生活污水和工业废水进行的二级生化处理后，出水要达到回用标准可能还有一段距离，尤其是 COD的去除率有待进一步提高，需要进行深度处理。在深度处理工艺中，高级氧化凭借其反应时间快、去 除污染物彻底、处理后的废水可完全回收利用等优势，专家预计不久会用在各种废水深度处理中，尤其 是高浓度工业废水领域。此外，膜处理技术也有其自身的优点，如高

27、效的分离过程、低能耗等，而且随 着膜技术日益成熟，相信也会用于废水的深度处理中。当然，膜处理和高级氧化技术用于焦化废水深度处理也存在一些问题，主要有：1）如果采用膜处理技术进行深度处理，则存在二次水处理的过程，膜将二级出水进行分离后，水会形成两部分：一部分是处理后可直接回用的水，占总水量的75%另一部分则是浓缩后的污水，COD和盐含量比较高，占总水量的 25%这部分水需要进行二次处理。专家建议，此部分 污水可以采用活性炭吸附 方法来去除COD但是活性炭吸附存在活性炭再生等问题，有的学者提出可以将此部分废水回流进入二级 处理中，这样就避免了后续的处理，但是对水质的影响需要进一步研究和论证。:11

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