厌氧—生物电化学系统对印染废水的强化脱色效能及关键影响因素研究

发布时间：2020-03-21 02:07

【摘要】：印染废水具有排放量大、污染物复杂、水质波动大、可生化性差等特点,在我国工业废水中占比很大。偶氮染料是其中一类处理困难、色度高的难降解印染废水污染物。传统的厌氧处理法存在处理时间较长,处理效率低等弊端。生物电化学(BES)技术被证明能够定向转化多种难降解污染物,本文将BES与传统厌氧工艺相结合,构建了新型厌氧-生物电化学耦合反应器(AD-BES),采用完全混合的序批式和上升式连续流两种运行方式,通过将AD-BES和缺氧工艺组合成模块堆叠式组合工艺,后续连接好氧池和沉淀池,构建整套废水处理工艺(AB-A-O)。研究对比了序批式耦合反应器与传统厌氧反应器(AD)在启动阶段和启动完成后对50 mg/L橙黄II处理过程中的电流、电势、脱色、产物生成和COD消减情况,评价AD-BES对染料废水的处理能力和生物电化学系统的强化作用。生物电化学作用可以加快反应器的启动,同时可以提升反应器的处理效能。加入普通电化学反应器(ES)进行对比,反应8 h,AD-BES的脱色率达到97.2%,为AD反应器和ES反应器的1.7倍和4.3倍,高于两者脱色率之和。针对AD-BES的参数进行优化,包括生活污水比例、电解质浓度和共基质浓度,并利用响应曲面法优化,得到三个因子对AD-BES降解橙黄II的影响的显著性排序为:电解质浓度污水比例共基质浓度。通过参数优化,确定在AD-BES中,生活污水比例59.1%、电解质浓度0.03 mol/L、共基质浓度0.15 g/L时,橙黄II脱色率最高达到99.94%。基于最优参数应用于放大的上升式连续流的AD-BES,研究了生活污水作为廉价碳源的整体工艺对不同浓度下的偶氮染料废水的处理能力,当进水染料浓度较高时,生活污水仍可以提供充足的电子,得到较高的脱色率、产物生成量、COD和TN去除效果。橙黄II的浓度从50 mg/L逐渐提升至400 mg/L,脱色率甚至从开始的93.6%提升至98%,总体COD去除率均在80%以上,总氮去除率高于55%。解析了生物电极的主要功能菌群,确定了关键的电子传递菌和污染物厌氧还原代谢菌。通过SEM分析,观察生物膜或活性污泥的形态特征,结合16S r RNA基因Illunima高通量测序,分析微生物群落结构与组成。序批式AD-BES中生物阳极和生物阴极富集了Desulfovibrio、Arcobacter、Acinetobacter、Pseudomonas、Geobacter等具有电子传递和降解橙黄II功能的菌属。连续式AD-BES反应器中富集生长着多种功能菌属,生物膜多样性丰富,检测到了Desulfovibrio、Acinetobacter、Pseudomonas、Anaerovorax、Pseudorhodoferax等多个功能菌属。本文验证了生物电化学的引入可以提升偶氮染料废水处理效能的可行性,构建的两种反应器均得到了良好的偶氮染料处理效果,反应器的设计、参数的优化以及整套处理工艺的构建可以为实际偶氮染料废水的处理提供理论依据与技术工艺思路参考。
【图文】：

氨基苯磺酸,萘酚,生成对,氨基

-19-图 2-4 橙黄 II 还原生成对氨基苯磺酸（SA）和 1-氨基-2-萘酚（AN）测定对氨基苯磺酸（SA）的浓度，采用高效液相色谱法（HighPerformanceLiqhromatography，HPLC）、C18 分离柱（WatersSymmetry，5μm，4.6mm×250mm）测方法设置为流量 0.8 mL/min，，进样量为 10 μL，流动相采用比例为 8：2 的

电镜图,阴极,生物膜,阳极

AD-BES阳极和阴极生物膜SEM电镜图（5000倍和9000倍）
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】