固相碳源条件下硫酸盐及铬酸盐同步厌氧生物去除的研究

发布时间：2020-04-30 13:05

【摘要】：电镀废水、酸性矿山废水、皮革废水、固体废弃物脱毒等行业废水含有大量SO_4~(2-)和重金属离子Cr(Ⅵ)。用生物法将二者还原是最为经济有效的方法。但此类复合污染废水有机物含量低,导致电子供体不充足,生物还原动力不足。此外生物还原Cr(Ⅵ)形成的有机络合铬具有很强的迁移性,其在环境中迁移时可被微生物等重新氧化成Cr(Ⅵ),导致水体二次污染。为了解决这两个问题,提出了固相碳源技术,即使用固体物质(天然或合成材料)作为生物还原的碳源,可以缓慢持续释碳,提高反应体系的容积负荷和抗冲击能力;同时该固体材料可做生物膜载体,加强吸附固定一定量的铬。本研究通过选用可降解生物餐盒(BMB)作为固体碳源和生物膜支撑材料,有效解决有机碳源的波动及Cr(Ⅵ)还原产物在环境中迁移的问题,实现Cr(Ⅵ)和SO_4~(2-)的共去除及Cr(III)的有效固定。本研究首先考察了BMB的释碳性能,循环性能,及其作为生物膜载体的可行性,结果表明BMB在10个周期(44天)内可保证硫酸盐的去除效率达80%以上,通过表面结构分析也证实了BMB作为碳源和生物膜载体的可行性。随后通过控制变量考察不同影响因子对硫酸盐去除效率的影响,确定在最优条件下,48 h硫酸盐去除率可达92.11%。进一步比较不同进水负荷下,SO_4~(2-)和Cr(Ⅵ)的处理效率的变化、并通过探讨Cr(Ⅵ)和SO_4~(2-)的降解途径。连续实验共运行160天,进水SO_4~(2-)维持在600 mg-S/L,进水Cr(Ⅵ)由0.0 mg/L逐步提升到140.0 mg/L。当进水Cr(Ⅵ)不超过90.0 mg/L时,SO_4~(2-)去除率大于70%,出水总Cr低于5.0 mg/L,Cr(III)仅占1%-15%。当进水Cr(Ⅵ)的浓度为140.0mg/L,SO_4~(2-)去除率降低至53.32%,Cr(Ⅵ)的去除率降低至79.42%。Cr在活性污泥系统中分布为79.90%-82.01%,Cr在生物膜系统中的分布为16.80%-19.36%;活性污泥中超过79%的Cr分布在细胞内部,且其主要形式是Cr(III)。此外,在细胞内检测到单质硫的存在,说明Cr(Ⅵ)与SO_4~(2-)的还原产物在细胞内发生化学还原反应。结果表明,反应体系中生物还原与化学还原共存,化学反应的存在可提高体系的抗冲击负荷能力,加强Cr(Ⅵ)的还原,生物膜体系的存在可加强固定Cr(III),降低出水总铬浓度;Cr(Ⅵ)还原发生在污泥体系中,且主要以胞内还原为主。另外,微生物菌群分析证实了大多数菌群多样性和丰度随Cr(Ⅵ)浓度升高而逐渐降低,在属水平的群落结构分析发现,反应器运行后期,Desulfovibrio占比增高至5.31%,其为硫酸盐还原菌,表面含有大量的硫酸盐通道,且细胞内含有Cr(Ⅵ)还原酶。证明Cr(Ⅵ)通过硫酸盐通道进入细胞体内被还原成三价铬,生成Cr(OH)_3、单质S,及Cr(III)-蛋白质-DNA交联物。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】