CN102951730B - 一种碳纤维生产废水中二甲基亚砜的生化处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳纤维生产废水中二甲基亚砜的生化处理方法；用好氧曝气池中的活性污泥对反应器内的组合填料进行排泥挂膜，挂膜所需污泥浓度为4000～5000mg/L；向反应器内连续进含有DMSO的碳纤维生产废水，添加营养盐、共代谢基质，调节进水pH值，使反应器内pH值维持在5.5～6.5，对生物膜进行驯化；连续进碳纤维厂日常排放生产废水，同时添加与微量元素和共代谢基质；本方法流程简单，成本低廉，能耗较低，同时出水水质好，DMSO去除率接近100％，在经过简单过滤后能够满足设备清洗等要求。

Description

一种碳纤维生产废水中二甲基亚砜的生化处理方法
技术领域
本发明涉及一种微生物共代谢技术处理化工废水的方法，特别涉及一种碳纤维生产废水中二甲基亚砜(DMSO)的生化处理方法。
背景技术
碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得，其中的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维用途最广、用量最大、发展最为迅速，在碳纤维生产中占有绝对优势。碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。高性能碳纤维是制造先进复合材料最重要的增强材料，是发展国防军工与国民经济的重要战略物资。随着近年来我国对碳纤维的需求量日益增长，碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持的新产品，成为国内新材料行业研发的热点。
以PAN基碳纤维的制造为例，碳纤维的制造分为两步进行，第一步是用丙烯腈(AN)单体制造PAN原丝，类似于纺织用的PAN纤维的生产。第二步是原丝的预氧化和碳化，预氧化处理的目的是使PAN的线性分子链转化为耐热的梯形结构，使其在高温碳化时PAN不熔不燃，保持纤维形态。碳化过程是碳纤维形成的主要阶段，除去了纤维中大量的氧、氮和其他元素。再经表面处理、干燥上浆得到具有金属光泽的PAN基碳纤维产品。PAN原丝的制备在整个碳纤维生产中至关重要，按纺丝方法可分为湿法、干法、干湿法和熔融法等，纺丝溶剂有NaSCN、ZnCl2、HNO3、DMF(二甲基甲酰胺)、DMSO(二甲亚砜)等，以DMSO为溶剂的制造工艺具有技术成熟、产品质量稳定、原料及能耗消耗低、三废排放量少、经济效益好等明显优势，是目前世界上PAN原丝生产主要采用的加工路线。
在以DMSO为溶剂生产PAN原丝的工艺中，洗涤原丝产生的废水中主要特征污染物为一定量的DMSO和少量丙烯腈，由于这两种物质的可生化性较差，用常规生物法难以直接处理。台湾逢甲大学和韩国首尔大学分别开发出基于H2O2和H2O2/UV的高级化学氧化法直接氧化含有DMSO的废水。韩国仁和大学开发了先利用芬顿试剂将废水氧化后再用常规活性污泥法或者生物膜法进一步处理，最终出水的COD和DMSO的去除率达到95％以上。采用紫外线(UV)或者芬顿试剂作为氧化剂氧化处理水中低浓度DMSO可以避免恶臭物质的产生，同时能够快速氧化分解水中的DMSO，然而大量化学氧化剂的使用会导致处理成本的上升。
发明内容
本发明的目的是提出一种碳纤维生产废水中二甲基亚砜的生化处理方法，通过投加少量共代谢基质，利用微生物协同代谢作用有效降解废水中DMSO的方法。
本发明技术方案如下：
(1)用好氧曝气池中的活性污泥对反应器内的组合填料进行排泥挂膜，挂膜所需污泥浓度为4000～5000mg/L，关闭反应器的进水与出水口，减少曝气量，闷曝24～48h后，打开出水和进水口，向反应器内连续进生活污水或人工配水，停留时间24h，当出水CODcr下降至100mg/L以下时，挂膜过程结束；
(2)向反应器内连续进含有DMSO的碳纤维生产废水，添加营养盐、共代谢基质，调节进水pH值，使反应器内pH值维持在5.5～6.5，停留时间24h，每24h检测出水中DMSO浓度，逐步提高进水中DMSO的浓度直至达到碳纤维生产废水中DMSO的浓度，对生物膜进行驯化；
(3)连续进碳纤维厂日常排放生产废水，同时添加与(2)中相同量的微量元素和共代谢基质。
上述所说的生活污水的CODcr为150～250mg/L，人工配水为浓度300mg/L的葡萄糖溶液，CODcr为300～350mg/L。
营养盐指磷酸铵120mg/L，硫酸镁2.5mg/L，氯化亚铁0.15mg/L，硫酸锰2.5mg/L，氯化钙1.82mg/L。
共代谢基质可选各种单糖、二糖以及多糖中的一种或三种，共代谢基质加入量为50～150mg/L。
本发明克服了普通活性污泥法和接触氧化法对碳纤维生产废水中DMSO无明显降解效果以及厌氧法产生的恶臭带来的二次污染。通过添加少量的共代谢基质，使微生物能够代谢初级基质的同时协同降解水中的特征污染物DMSO。该方法流程简单，成本低廉，能耗较低，同时出水水质好，DMSO去除率接近100％。在经过简单过滤后能够满足设备清洗等要求。
具体实施方式
本实施例中所用的碳纤维生产废水为吉林石化公司碳纤维厂日常生产过程中排放的废水，其水质如下：
  污染物名称   DMSO   丙烯腈   CODcr   BOD
  含量(mg/L)   300～500   10～40   400～500   10～50
实施例1
1)用污水厂好氧曝气池中的活性污泥对反应器内的组合填料进行排泥挂膜，挂膜所需污泥浓度为4000～5000mg/L，关闭反应器的进水与出水口，减少曝气量，闷曝24～48h，使活性污泥均匀的附着在组合填料表面。
2)打开出水和进水口，向反应器内连续进CODcr为150～250mg/L之间的生活污水，停留时间24h，当出水CODcr下降至100mg/L以下时，挂膜过程结束。
3)向反应器内连续进含有DMSO 100mg/L的碳纤维生产废水，添加磷酸铵120mg/L、硫酸镁2.5mg/L、氯化亚铁0.15mg/L、硫酸锰2.5mg/L、氯化钙1.82mg/L、蔗糖50mg/L，溶解氧维持在2～6mg/L，调节进水pH值使反应器内pH值维持在5.5～6.5，停留时间24h。当出水中检测不到DMSO时，提高人工配水中DMSO的浓度到约200mg/L，直至提高到约400mg/L。
4)连续进碳纤维厂日常排放生产废水(由于碳纤维生产废水中DMSO浓度有一定的波动，因此在下表中给出了每天进水中DMSO的含量)，同时添加与2)中相同量的营养盐和共代谢基质。停留时间24h，每24h检测出水中DMSO浓度(采用气相色谱法，检出限5.65mg/L)，分析结果见表1。
表1
Figure BDA0000084733400000041
Figure BDA0000084733400000051
注：“-”表示未检出
实施例2：
1)用污水厂好氧曝气池中的活性污泥对反应器内的组合填料进行排泥挂膜，挂膜所需污泥浓度为4000～5000mg/L，关闭反应器的进水与出水口，减少曝气量，闷曝24～48h，使活性污泥均匀的附着在组合填料表面。
2)打开出水和进水口，向反应器内连续进CODcr为300～350mg/L之间的人工配水，停留24h，当出水CODcr下降至100mg/L以下时，挂膜过程结束。
3)向反应器内连续进含有DMSO 100mg/L的碳纤维生产废水，添加磷酸铵120mg/L、硫酸镁2.5mg/L、氯化亚铁0.15mg/L、硫酸锰2.5mg/L、氯化钙1.82mg/L、蔗糖50mg/L，通过调节进气量使溶解氧维持在2～6mg/L，调节进水pH值使反应器内pH值维持在5.5～6.5，停留时间24h。当出水CODcr下降至100mg/L以下时，挂膜过程结束。
3)连续进碳纤维厂日常排放生产废水，(由于碳纤维生产废水中DMSO浓度有一定的波动，因此在下表中给出了每天进水中DMSO的含量)，同时添加与2)中相同量的微量元素和共代谢基质，停留时间24h，每24h检测出水中DMSO浓度，分析结果见表2。
表2
Figure BDA0000084733400000061
注：“-”表示未检出

Claims (1)

1.一种碳纤维生产废水中二甲基亚砜的生化处理方法，其特征是：
（1）用好氧曝气池中的活性污泥对反应器内的组合填料进行排泥挂膜，挂膜所需污泥浓度为4000～5000mg/L，关闭反应器的进水与出水口，减少曝气量，闷曝24～48h后，打开出水和进水口，向反应器内连续进生活污水或人工配水，停留时间24h，当出水CODCr下降至100mg/L以下时，挂膜过程结束；
（2）向反应器内连续进含有DMSO的碳纤维生产废水，添加营养盐、共代谢基质，调节进水pH值，使反应器内pH值维持在5.5～6.5，停留时间24h，每24h检测出水中DMSO浓度，逐步提高进水中DMSO的浓度直至达到碳纤维生产废水中DMSO的浓度，对生物膜进行驯化；
（3）连续进碳纤维厂日常排放生产废水，同时添加与（2）中相同量的营养盐和共代谢基质；
上述所说的生活污水的CODCr为150～250mg/L，人工配水为300mg/L的葡萄糖溶液和CODCr为300～350mg/L；
营养盐指磷酸铵120mg/L，硫酸镁2.5mg/L，氯化亚铁0.15mg/L，硫酸锰2.5mg/L和氯化钙1.82mg/L；
共代谢基质选自各种单糖、二糖以及多糖中的一种或三种，共代谢基质加入量为50～150mg/L。
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