1、 本科毕业设计 （ 20_ _届） 生物 技术 树脂处理垃圾填埋场 MBR 出水工艺研究 摘 要 采用 D101、 D201、 D254 大孔型离子树脂对 MBR 出水进行处理，并研究了树脂对还原性物质（主要是有机物质）、氨氮的去除效果。首先进行初步静态筛选，通过调节废水 pH 值对三种树脂吸附容量的影响，从 3 种树脂中筛选出吸附效果较好的 2 种树脂 (D101、 D201)，然后探讨时间对吸附效果的影响，再考察温度对这两种树脂的吸附影响，选出 D201 树脂为最优树脂。最后，通过流速、温度、 pH 的研究，确定 D201 树脂处理 MBR 出水的最佳条件：进液流速为30mL/min， 4
2、0 ， pH 9 较为适宜， COD 值从 1807.08mg/L 明显降至 217.69mg/L，去除率为 87.95%,氨氮值从 201.73mg/L 降至 18.83mg/L,去除率为 90.67%。 关键词： 大孔树脂；预处理；交换容量；再生 ABSTRACT D101, D201, D254 macroporous resin were used for dealing with waste water from MBR, and the ability of the resins to remove reducible material（ mainly organic matter
3、） 、 ammonia nitrogen was researched. Through resin adsorption capacity research, D101 and D201 resin that selected from three kinds of resins were better than D254 resin. Then the effect of time on the adsorption was explored, and the effect of the temperature with these two resins was examined, D20
4、1 resin was the best. Finally, the flow velocity and temperature, pH, was researched, the best conditions of water MBR were determined: the relatively appropriate conditions into liquid was velocity for 30mL/min, 40 , pH 9, COD from 1807.08mg/L obviously was dropped to 217.69mg/L, removal rate was 8
5、7.95%, Ammonia nitrogen value from 201.73mg/L was dropped to 18.83mg/L, removal rate was 90.67%. Key words: macroporous resin; pretreatment; adsorption effect; exchange capacity 目 录 1 前言 . 1 1.1 研究课题的提出及意义 . 1 1.2 研究目的及研究内容 . 1 2 材料与方法 . 2 2.1 试剂、材料与仪器设备 . 2 2.1.1 试剂与材料 . 2 2.1.2 仪器 . 3 2.2 实验方法 . 3
6、 2.2.1 树脂预处理 . 3 2.2.2 MBR 出水在不同条件下的吸附 . 3 2.2.3 树脂的三种水平下的动态吸附 . 4 2.2.4 最适条件下的动态吸附 . 4 2.2.5 MBR 出水处理后的检测 . 4 2.2.6 树脂的再生 . 6 3 结果与分析 . 6 3.1 原 MBR 出水检测情况 . 6 3.2 三种树脂在不同 pH 下的处理结果 . 6 3.2.1 D201 树脂在不同 pH 下处理废水情况 . 7 3.2.2 D101 树脂在不同 pH 下处理废水情况 . 7 3.2.3 D254 树脂在不同 pH 下处理废水情况 . 8 3.2.4 综合分析三种树脂在不同
7、pH 下的结果 . 9 3.3 两种树脂在不同时间下的吸附情况 . 9 3.3.1 D101 树脂在不同时间下的吸附结果分析 . 9 3.3.2 D201 树脂在不同时间下的吸附结果分析 . 10 3.4 D201 树脂在不同温度下的吸附结果分析 . 10 3.5 不同的树脂量对垃圾渗滤液的吸附结果影响 . 11 3.6 对 COD 和氨氮正交试验结果 .错误 !未定义书签。 3.6.1 氨氮的标准吸附曲线 . 12 3.6.2 树脂的动态吸附 . 12 3.7 最适条件下的检测结果 . 13 4 结论 . 14 致 谢 . 17 附录 1 文献综述 . 18 附录 2 外文翻译 .错误 !未
8、定义书签。 1 1 前言 1.1 研究课题的提出及意义 随着我国城市人口的增加、城市规模的扩大和居民生活水平的提高，我国城市生活垃圾的产量在急剧增加。垃圾渗滤液是城市生活垃圾卫生填埋后产生的二次污染，是由垃圾分解后产生的内源水与外来水分所形成的液体。自 20 世纪六十年代以来 , 人们发现垃圾渗滤液对环境尤其是填埋场周围水体的污染日益严重。垃圾渗滤液具有不同于一般城市污水的特点，其成分十分复杂 ,其中的各类有机物成分多达 100 种以上 1。垃圾渗滤液有机成分不仅种类多，而且含 量高。过高的 COD， NH3-N2值将大量消耗溶解氧，造成水的自我净化能力下降，有些有机物质转入厌氧腐败状态，产生
9、甲烷、硫化氢等还原性气体，使水中动植物大量死亡，而且会使水体变黑变混，发生恶臭，严重污染地球生态平衡，对人类的生活和生产构成威胁 3。因此，对垃圾填理场水质的处理研究成为一项重要课题。 目前常规的垃圾渗滤液处理技术主要是以生物为主体的各种工艺组合 4，膜生化反应器 MBR(Module Biological Reactor)是生化反应器和膜分离相结合的废水处理系统。使用生物法处理垃圾渗滤液过 程中，微生物对外界环境要求苛刻 5，低温时效率很差且不能适应较大的浓度变化和冲击负荷。由于垃圾渗滤液中含有较多难降解还原性物质（主要是有机物质），一般在微生物和膜分离处理后，COD、氨氮 浓度仍然很高，难
10、以达到标准 6。采用树脂法处理废水是一种较为有效的方法，树脂主要依靠吸附剂上密集的孔结构和巨大的比表面积来实现吸附，或者通过表面各种活性基团与被吸附物质形成的各种化学键 ,达到有选择性地富集各种有机物和金属离子的目的 7。树脂吸附法不仅具有适用范围宽、吸附效率高、使用寿命长 8、不产生二次污染等优点， 还 能从废水中回收有用的化学物质，实现废物资源化。 1.2 研究目的及研究内容 处理填埋场 MBR 出水 的出发点应立足于 水 资源的再利用 ，水中的污染物尽量减少，成本降到最低， 这样废水治理往往可以达到环境效益、社会效益、经济效益的三 者 统一，使废水治理走上可持续发展的道路 。 大孔吸附树
11、脂内部呈交联网络结构的高分子珠状体，具有优良的孔结构和很高的比表面积。 随着大孔树脂的发展，离子交换法在废水处理中的应用越来越广泛 9，采用树脂吸附法处理各种有机废水日益受到世界各国的重视 10。 近年来，我国在树脂法处理高浓度有2 机化工废水 及资源化技术的开发和应用方面取得了较大进展，各种新型吸附剂的合成和应用己成为 污水处理领域 十分活跃的研究方向之一。但 树脂 对 MBR 出水的研究尚未见报道 ， 在此背景下，提出对 高浓度 MBR 出水 的 吸附效果展开研究。 本文针对 填埋场 MBR 出水 的特性，对三种树脂进行筛选，首先通过静态吸附实验，获得三种树脂对还原性物质的选择性系数，交换
12、容量，比较了大孔吸附树脂对 MBR 出水中有机物质的去除效果，从中选出可以使 COD 浓度达到直接排放的最优树脂，然后通过 D201 树脂动态吸附高浓度的 MBR出水，检测其 COD去除率和氨氮去除率，用去除 指标来评价树脂最佳的吸附状态。 2 材料与方法 2.1 试剂、材料与仪器设备 2.1.1 试剂与材料 本研究所采用的主 要试剂 和 材料 如表 1 所示 表 1 主要试剂与材料 名称 级别 产地 重铬酸钾 A.R 天津市博通 化工有限公司 硫酸汞 A.R 上海试四赫维化工 有限公司 硫酸亚铁铵 A.R 上海展云 化工有限公司 酒石酸钾钠 A.R 上海展云 化工有限公司 氯化铵 A.R 上
13、海试四赫维化工 有限公司 硼酸 A.R 上海试四赫维化工 有限公司 硫酸 A.R 国药集团 化学试剂有限公司 氢氧化钠 A.R 浙江中星化工试剂有限公司 硫酸银 A.R 上海展云 化工有限公司 盐酸 A.R 浙江中星化工试剂有限公司 乙醇 A.R 国药集团 化学试剂有限公司 MBR 出水 鄞州区填埋场 D101 树脂 安徽三星树脂科技有限公司 D201 树脂 安徽三星树脂科技有限公司 D254 树脂 杭州争光树脂有限公司 3 2.1.2 仪器 本研究所采用的主要设备和仪器 如表 2 所示。 表 2 主要设备和仪器 型号名称 制造商或产地 QYC-211 恒温震荡箱 上海福玛实验设备有限公司 D
14、K-8D 水浴锅 上海齐欣科学仪器有限公司 MC99-3 层析仪 上海沪西分析仪器厂 万用 电炉 上虞市汪盛仪器厂 732PC 紫外分光光度计 上海光谱仪器有限公司 2.2 实验方法 2.2.1 树脂预处理 D201 树脂属于强碱性大孔阴离子树脂，在使用之前进行以下处理 11用乙醇浸泡 24h，使之充分溶胀，然后用蒸馏水洗至没有气味，用 2.0mol/L 盐酸溶液浸泡 2h，用蒸馏水洗至中性，再用 1.0mol/L 氢氧化钠溶液浸泡 2h，水洗至中性。使树脂转换成 Na 离子和 Cl离子型。 D101 树脂属于弱碱性大孔阴离子树脂，使用 之前进行以下处理： 1.0mol/L氢氧化钠浸泡 2h，
15、洗脱，蒸馏水洗至 pH 值 达到 中性，加乙醇浸泡 1h，洗脱至无味 12。 D254 树脂属于大孔阳离子树脂，使用之前进行以下处理：用乙醇浸泡 24h，然后用蒸馏水洗至没有气味。 再用 1.0mol/L 氢氧化钠 溶液 浸泡 2h，用蒸馏水洗脱至 pH 值达到中性，最后 用 5%盐酸 溶液 浸泡 2h， 用水洗至中性待用 13。 2.2.2 MBR 出水在不同条件下的吸附 2.2.2.1 不同 pH 环境下的吸附操作 将处理好的三种树脂分别称取 5g，放入锥形瓶中，倒入 100mL 的 MBR 出水进行处理 ，将 D254 树脂处理的 MBR 出水 pH分别调至 4、 5、 6、 7、 8、
16、 9,将D101、 D201 树脂处理的 MBR 出水 pH分别调至 5、 6、 7、 8、 9、 10， 然后标上标记 ,每个 pH 做三个平行样 ,把锥形瓶放入摇床，震荡 24h。 2.2.2.2 不同时间下的吸附 将处理好的 D101 树脂称取 5g，放入锥形瓶，在 pH=8 的条件下，分别倒入100mL 的 MBR 出水进行处理，放至摇床震荡 18、 22、 24、 25、 41、 43、 45、4 47、 48h；将处理好的 D201 树脂称取 5g，在 pH=9 的条件下，分别倒入 100mL的 MBR 出水进行处理， 放入摇床震荡 18、 22、 24、 25、 41、 43、
17、45、 47、 48h。 2.2.2.3 不同温度下的吸附 每种树脂准备 12 个锥形瓶，将处理好的 D101 树脂 5g，在 pH=8 的条件下，放入水浴锅，温度设置为 20 、 30 、 40 、 50 ， 每个温度下设置 3 个平行样， 放置 8h； 将 处理好的 D201 树脂 5g，在 pH=9 的条件下，放入水浴锅，温度设置为 20 、 30 、 40 、 50 ， 放置 8h。 2.2.2.4 不同树脂用量的吸附 分别称取 D201 树脂 5g、 9g、 12g、 14g、 15g，在 pH=9 的条件下，倒入 100mL的废 水，放入 40 的水浴锅里，每种做 3 个平行样，吸
18、附 8h。 2.2.3 树脂的三种水平下的动态吸附 分别将 100 mL MBR 出水倒入锥形瓶中，调 pH 至 7、 8、 9 三个水平，然后在树脂柱内装填预处理后的 D201 树脂，确定树脂柱填充的高径比为 22.5:1，柱子规格为 130cm。用恒温水浴锅控制温度，用恒流泵控制废水流量，使 MBR出水在一定的温度和流量下通过树脂床层。用树脂处理 8h 后，取水样，检测其COD 和氨氮，分析树脂的吸附量，考察废水流速和吸附温度、 pH 三种因素对动态吸附效果的影响。主导因素水平的设置见表 3。 表 3 树脂吸附主导因素水平梯度设置表 水平 A 吸附流速 (mL/min) B 吸附温度 (
19、） C pH 值 1 20 20 7 2 30 30 8 3 40 40 9 2.2.4 最适条件下的动态吸附 将 100 mLMBR 出水倒入锥形瓶中，调 pH至 9，在树脂柱内装填预处理后的D201 树脂，确定树脂在柱内的高径为 30:1，用恒温水浴锅控制温度，用恒流泵控制废水流量，使 MBR 出水在一定的温度和流量下通过树脂床层。用树脂处理8h后，取水样，检测其 COD 和氨氮。 2.2.5 MBR 出水处理后的检测 2.2.5.1 检测 COD 值 14 重铬酸钾标准溶液：称取预先烘干 2h 的优质纯重铬酸钾 12.258g 溶于水中，5 移入 1000mL 容量瓶内，稀释至标线，摇匀
20、。 试亚铁灵指示液：称取 1.485g 邻菲啰啉溶于水中，稀释至 1000mL，贮于棕色瓶内。 硫酸亚铁铵标准溶液：称取 39.5g 硫酸亚铁铵溶于水中，边搅拌边缓慢加入20mL 浓硫酸，冷却后移入 1000mL 容量瓶中，加水稀释至标线，摇匀。临用前，用重铬酸钾标准溶液标定。 标定方法：准确吸取 10.00mL 重铬酸钾标准溶液于 500mL 锥形瓶中，加水稀释 至 110mL 左右，缓慢加入 30mL 浓硫酸摇匀。冷却后，加入 3 滴试亚铁灵指示液，用硫酸亚铁铵溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红棕色即为终点。 将上述处理过的 MBR 出水取 25mL，移入 250mL 的容量瓶中，然后
21、用蒸馏水稀释至刻度。 用移液管取 20mL 混合均匀的废水置于 250mL 磨口的回流锥形瓶中，准确加入 10.00mL 重铬酸钾标准溶液及数粒小玻璃珠，再加入 0.4g 硫酸汞，连接磨口回流冷凝管，从冷凝管上口慢慢地加入 30mL 硫酸 -硫酸银溶液，轻轻的摇动锥形瓶，使溶液混匀，加热回流 1h。等到溶液冷却后 ,用 90mL 蒸馏水冲洗冷凝管壁，取下锥形瓶。放置片刻，等到溶液再度冷却后，加 3 滴试亚铁灵指示液，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。 计算： CODCr=( V0 V1)C81000 V 式中 :C 硫酸亚铁铵标准溶液的浓度 V0 滴定空白时硫酸亚铁铵 ,标准溶液用量 V1 滴定水样时硫酸亚铁铵 ,标准溶液用量 V 水样的体积 8 氧 (1/2O)摩尔质量， g/mol 2.2.5.2 检测氨氮 纳氏试剂的配制：取 7g碘化钾和 10g 碘化汞溶于水，然后将此溶液在搅拌下徐徐注入氢氧化钠容易中，用水稀释至 100mL，储存于聚乙烯瓶中，密塞保存。 酒石酸钾纳溶液的配制：取 50g 酒石酸钾纳溶于 100mL 水中，加热煮沸以
