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丙烯腈废水由于其含有腈类化合物和含氮杂环类物质导致其生物毒性大、有机物含量高、生物降解性差,对周边环境造成严重危害。传统的生化处理工艺对丙烯腈废水处理效果不佳。抚顺石化腈纶厂污水处理厂主要污染源为高浓度丙烯腈废水,现有的混合废水二级生化处理工艺出水仍然含有较高浓度的有机氮,造成排水总氮超出污水排放标准。本论文提出以催化臭氧耦合过硫酸盐高级氧化工艺对高浓度丙烯腈废水进行预处理。利用高浓度丙烯腈废水自身热量对过硫酸盐进行热活化,产生过硫酸根自由基;同时催化臭氧氧化产生羟基自由基;通过耦合高级氧化工艺将高浓度丙烯腈废水中难降解有机物降解成小分子有机物、二氧化碳和水,提高其可生化性,同时去除有机氮与总氮,可极大提升后续生化系统处理效率。为此,我们进行了如下研究工作:(1)通过实验室小试实验,分别考察了臭氧浓度、过硫酸盐投加量、pH等反应因素对催化臭氧氧化和过硫酸盐氧化的影响,进而验证了两种高级氧化工艺耦合的可行性。实验结果表明,在催化臭氧氧化单因素实验过程中,随着臭氧浓度由20 mg/L提高到60mg/L,催化臭氧氧化对污染物的去除率提高了180%;而在过硫酸钠氧化实验中,在一定范围内随温度和PS投加量增大,COD和有机氮的去除都呈上升趋势。反应时间240min时,催化臭氧氧化耦合过硫酸盐工艺对COD和有机氮的去除率最高分别达到47.3%与33.6%;同时B/C比值从0.09提高到0.35。耦合高级氧化进出水GC/MS分析结果表明,水中腈类和含氮杂环类污染物明显减少。由此可见,该耦合工艺对降低COD、有机氮与总氮,提高废水可生化性效果明显。(2)在实验室小试研究的基础上,进行了现场中试放大实验。利用Box-Behnken中心组合设计原理和Design-Expert 8.0软件对中试实验方案进行设计,通过对实验结果的响应面分析优化工艺参数。在考虑处理成本的前提下,中试最佳的运行条件为pH为8.9,臭氧投加量为1 kg/m3,过硫酸钠的投加量为0.8 kg/m3,此时COD与TN的去除率分别为40.7%与26.1%,B/C比值由0.08提高至0.32。(3)根据小试和中试的实验结果,对企业实际污水处理工程项目进行工程设计和投资分析。设计处理水量为800 m3/d,工程总投资约为1555.5万元,总装机容量301.47kW,不考虑折旧的情况下,吨水运行费用为9.55元(折合混合废水总量吨水运行费用为2.12元)。