综合化工废水中难降解有机物的解析及生物强化技术研究

发布时间：2020-04-23 15:23

【摘要】：以天津某化工园区综合化工废水为研究对象，解析该废水中有机成份组成及其难降解特性。通过对传统生物工艺（A2/O工艺）的处理效果评价，分析生物工艺处理该废水存在的问题并提出可行的强化生物工艺解决方案进而研究强化生物工艺处理效能及机理。为污水厂处理综合化工废水提供理论指导和技术支持。该综合工业废水中有机物成分复杂，通过对废水中有机物分子量分布和亲疏水性分析可知，废水中所含有机物主要为小分子疏水性有机物。通过光谱分析，如紫外-可见光、傅里叶变换-红外、三维荧光等技术，分析了废水中各亲疏水组分中有机物官能团的特点，并利用气相色谱-质谱对各亲疏水组分中有机物分子结构定性分析。检测出废水中有机物主要包括烷烃、苯系物及其卤代物、多环芳烃、芳香酸类、酚类及其卤代物以及邻苯二甲酸酯等。废水中的有机酸类，包括脂肪酸和芳香酸类，主要存在于酸性组分（强疏水酸性组分和弱疏水酸性组分）；烷烃、多环芳烃和酯类主要存在于强疏水中性组分；而弱疏水中性组分所包含的有机物主要为酚类有机物。废水中所含的有机物大部分为芳香类或含苯环结构的有机物，这些有机物具有较强的毒性和环境持久性，并且在生物处理系统中难于去除。采用传统A2/O工艺处理该综合化工废水，系统在进水COD为190-570mg/L，HRT=20h，MLSS为3.0-4.0g/L的条件下连续运行了180d，有机污染物去除率一直处于较低的水平，其COD去除率仅为40%-50%，主要是由于废水中含有芳香类或含苯环结构的难降解有机物。氨氮去除效果不佳，去除率低于40%，说明废水中存在毒性或抑制性有机物，如苯系物、苯系卤代物、酚类等。这些有机物的存在对硝化细菌产生不良影响进而影响系统对氨氮的去除。总氮去除效果也同样不佳，去除率低于20%。这主要是由于废水中反硝化碳源的不足而造成总氮去除效果较差。为提高生物系统处理效果，首先调节系统运行参数。发现延长HRT和增加MLSS可以提高系统处理效果。延长HRT可以增加废水中溶解性可慢速生物降解有机物的去除效果，增加MLSS可以提高系统中降解有机物的特异性菌群。HRT由20h延长到60h， MLSS由3.0g/L提高到6.0g/L，COD去除率由45%提高到70%，但仍有部分有机物无法去除。氨氮去除率可由40%提高到60%，而系统的脱氮效果由于反硝化碳源不足，造成TN去除效果没有明显提高。为提高系统脱氮效果，采用向系统外加碳源（葡萄糖）以补充反硝化碳源。通过对外加碳源投加阶段和投加量的优化，发现在缺氧段外加碳源主要用于脱氮，TN去除效果明显提高，去除率由20%提高到72%。同时COD去除率略有提高。为进一步提高废水中难降解有机物去除效果，采用向系统中投加粉末活性炭（PAC）吸附的手段。系统维持2g PAC/L，COD去除效果明显提高。通过废水处理前后有机物去除规律分析可以发现，PAC易于吸附疏水性有机物，而活性污泥易于去除亲水性和弱疏水中性有机物。PAC-AS系统对各亲疏水组分有机物去除效果明显优于AS和PAC系统，即生物降解和PAC吸附呈相加作用。通过光谱分析可知，系统投加PAC后，废水中可生物降解的有机物可被微生物降解而去除，也可以通过PAC吸附而去除，这类有机物主要为含 OH和C O C结构的有机物；而难生物生物降解的有机物，如大分子有机酸类或大分子稠环芳烃类有机物，可被PAC吸附而去除。此外，系统投加PAC可强化含共轭C=C/不饱和醛酮和芳香族C=C结构有机物的去除效果。
【图文】：

废水,有机物,有机物分子量分布,有机物总量

布的特点（图 2-2）。由图 2-2 可知，该废水中分子量小于 500Da 的有机物在废水中占主要部分，约占 70%。其次为分子量 1k-500Da 的有机物，约占 14%；分子量 10k-1kDa 的有机物，约占 10%。分子量在 1k-500Da 和 10k-1kDa 虽然含量仅次于分子量小于 500Da 的有机物，，但其所占废水 TOC 百分比明显低于分子量小于 500Da 的有机物，而分子量大于 100k Da 的有机物最少，约占废水 TOC 的 3%。由此可以看出，废水中有机物主要为小分子有机物，大分子有机物含量较少。

谱图,亲疏,组分,废水

24图 2-4 废水各亲疏水组分 UV-vis 扫描谱图根据UV-vis和FT-IR分析结果，可以初步推测出该废水中复杂的有机物组成。在疏水性组分（包括强疏水性和弱疏水性组分）中，有机物主要包括芳香类、烷烃、酯类等有机物；在酸性组分（包括强疏水酸性和弱疏水酸性）中，主要包含脂肪酸和芳香酸类的有机酸；而在亲水性组分（HPI）中，主要包含醚、醇、酯等有机物。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X78

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