TDE-BAF工艺去除城市污水中布洛芬的效能及其微生物多样性研究
发布时间：2023-11-25 06:35
论文针对常规污水处理工艺对于城市污水中以布洛芬为代表的难降解药品和个人护理品(PPCPs)类有机物降解效能较弱、PPCPs类有机物结构复杂和活化能高等问题,根据三维电极(TDE)和曝气生物滤池(BAF)反应器的内部运行特征以及赤泥和沸石矿渣等废渣利用低的现状,在揭示电场对微生物群体刺激效应的基础上,构建了高效去除城市污水中布洛芬的TDE-BAF体系,筛选了耦合体系的关键调控参数,建立了关键调控参数与去除污染物效能之间的定量关系,研究了TDE-BAF体系去除效能和污染物的空间去除特性,采用高通量测序技术进一步揭示了电场对微生物群落结构和多样性的影响,为降解城市污水中布洛芬提供新的理论基础和技术支撑。采用高温煅烧的方法,分别以天然斜发沸石矿渣、工业废渣-赤泥为骨料,制备了吸附型生物滤料和赤泥基粒子电极,实验结果表明,吸附型生物滤料的最佳制备工艺:质量比(沸石矿渣:粘合剂:成孔剂)为14:4:3,煅烧温度:1150℃,吸附性能符合朗缪尔(Langmuir)方程,当温度为6–11?C时吸附型生物滤料曝气生物滤池对COD和氨氮的平均去除率分别为80.83%和79.81%;赤泥基粒子电极的最优制备...
【文章页数】：194 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.1.1 课题背景
1.1.2 课题研究目的及意义
1.1.3 课题来源
1.2 城市污水中以布洛芬为代表的难降解PPCPS类有机物处理现状
1.2.1 布洛芬的生物降解
1.2.2 布洛芬的物化降解
1.3 电生物耦合技术的研究进展
1.3.1 电生物耦合技术的原理及特点
1.3.2 电生物耦合反应器结构
1.3.3 电极材料的选择
1.3.4 电生物耦合技术影响因素
1.3.5 电生物耦合技术在水处理中的应用研究
1.3.6 电生物耦合技术发展趋势
1.4 三维粒子电极技术的研究进展
1.4.1 三维粒子电极降解机理
1.4.2 粒子电极
1.4.3 三维粒子电极发展趋势
1.5 曝气生物滤池技术的研究现状
1.6 工业废渣-赤泥和沸石矿渣对环境的危害
1.7 论文研究内容
1.8 技术路线
第2章 实验装置与实验方法
2.1 实验材料
2.1.1 实验用水及水质
2.1.2 制备吸附型生物滤料原材料
2.1.3 制备赤泥基粒子电极原材料
2.2 实验仪器
2.3 实验装置
2.3.1 吸附型生物滤料曝气生物滤池
2.3.2 三维电极反应装置
2.3.3 TDE-BAF耦合系统装置
2.4 实验方法
2.4.1 吸附型生物滤料吸附性能实验
2.4.2 吸附型生物滤料曝气生物滤池降解效能实验
2.4.3 三维电极系统降解布洛芬实验
2.4.4 活性中间体检测方法
2.4.5 电流对微生物群落的刺激效应实验
2.4.6 TDE-BAF耦合系统构建实验
2.4.7 TDE-BAF工艺处理城市污水效能及空间特性实验
2.4.8 高通量测序
2.5 分析测试方法
2.5.1 常规分析项目及检测方法
2.5.2 非常规分析项目及其检测方法
第3章 TDE-BAF工艺填料的制备与表征
3.1 引言
3.2 吸附型生物滤料的制备
3.2.1 原材料选择
3.2.2 制备工艺流程
3.2.3 吸附型生物滤料制备工艺优化
3.3 吸附型生物滤料的表征
3.3.1 吸附型生物滤料基本物化性能
3.3.2 吸附型生物滤料微观结构表征
3.3.3 吸附型生物滤料成分分析
3.3.4 吸附型生物滤料吸附性能测定
3.3.5 吸附型生物滤料降解城市污水性能研究
3.4 赤泥基粒子电极的制备
3.4.1 原料化学成分分析及选择
3.4.2 催化活性物质选择
3.4.3 制备工艺流程
3.4.4 赤泥基粒子电极制备工艺优化
3.5 赤泥基粒子电极的表征
3.5.1 赤泥基粒子电极基本物化性能
3.5.2 赤泥基粒子电极微观结构表征
3.5.3 赤泥基粒子电极成分分析
3.5.4 赤泥基粒子电极降解布洛芬性能及机理探讨
3.6 本章小结
第4章 基于电流对微生物群体刺激效应构建TDE-BAF系统
4.1 引言
4.2 电流对微生物群体的刺激效应研究
4.2.1 电流密度对污染物去除效能的影响
4.2.2 电流密度对生物量和生物活性的影响
4.2.3 电流密度对微生物群落多样性和结构的影响
4.3 TDE-BAF耦合系统反应器的构建
4.3.1 主电极的选择及处理
4.3.2 极板间距的确定
4.3.3 赤泥基粒子电极和吸附型生物滤料高度比的确定
4.3.4 TDE-BAF系统反应器
4.4 TDE-BAF系统反应器的启动
4.4.1 TDE-BAF系统反应器启动阶段运行参数
4.4.2 TDE-BAF系统反应器启动阶段COD去除特性
4.4.3 TDE-BAF系统反应器启动阶段氨氮去除特性
4.4.4 TDE-BAF系统反应器启动阶段生物相分析
4.5 本章小结
第5章 TDE-BAF工艺降解城市污水效能及协同作用机制研究
5.1 引言
5.2 TDE-BAF工艺高效运行关键调控参数筛选
5.2.1 TDE-BAF工艺高效运行关键因数编码及实验结果
5.2.2 TDE-BAF工艺高效运行关键因素模型建立及方差分析
5.2.3 TDE-BAF工艺条件优化及实验验证
5.2.4 TDE-BAF工艺高效运行关键因素交互作用分析
5.3 TDE-BAF工艺处理城市污水效能研究
5.3.1 TDE-BAF工艺对于COD的降解效能及空间特性
5.3.2 TDE-BAF工艺对于TOC的降解效能及空间特性
5.3.3 TDE-BAF工艺对布洛芬的降解效能及空间特性
5.3.4 TDE-BAF工艺对于氨氮的降解效能及空间特性
5.4 TDE-BAF工艺降解城市污水协同作用机制探讨
5.4.1 TDE-BAF工艺降解以布洛芬为代表的有机物协同作用机制探讨
5.4.2 TDE-BAF工艺去除氨氮协同作用机制探讨
5.5 本章小结
第6章 TDE-BAF工艺微生物群落结构及多样性研究
6.1 引言
6.2 生物信息数据的合理性统计及优化
6.3 TDE-BAF工艺与单独BAF微生物群落对比分析
6.3.1 TDE-BAF工艺与单独BAF去除效能对比分析
6.3.2 TDE-BAF工艺与单独BAF微生物多样性对比分析
6.3.3 TDE-BAF工艺与单独BAF微生物群落结构对比分析
6.4 电流密度对TDE-BAF工艺中微生物群落影响分析
6.4.1 电流密度对TDE-BAF工艺去除效能的影响
6.4.2 电流密度对TDE-BAF工艺中微生物多样性影响
6.4.3 电流密度对TDE-BAF工艺中微生物群落结构的影响
6.5 进水布洛芬浓度对TDE-BAF工艺中微生物群落影响分析
6.5.1 进水布洛芬浓度对TDE-BAF工艺去除效能的影响
6.5.2 进水布洛芬浓度对TDE-BAF工艺中微生物多样性影响
6.5.3 进水布洛芬浓度对TDE-BAF工艺中微生物群落结构影响
6.6 反冲洗对TDE-BAF工艺中微生物群落影响分析
6.6.1 反冲洗对TDE-BAF工艺和BAF系统去除效能的影响
6.6.2 反冲洗对TDE-BAF工艺中微生物多样性影响
6.6.3 反冲洗对TDE-BAF工艺中微生物群落结构影响
6.7 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3867462
【文章页数】：194 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.1.1 课题背景
1.1.2 课题研究目的及意义
1.1.3 课题来源
1.2 城市污水中以布洛芬为代表的难降解PPCPS类有机物处理现状
1.2.1 布洛芬的生物降解
1.2.2 布洛芬的物化降解
1.3 电生物耦合技术的研究进展
1.3.1 电生物耦合技术的原理及特点
1.3.2 电生物耦合反应器结构
1.3.3 电极材料的选择
1.3.4 电生物耦合技术影响因素
1.3.5 电生物耦合技术在水处理中的应用研究
1.3.6 电生物耦合技术发展趋势
1.4 三维粒子电极技术的研究进展
1.4.1 三维粒子电极降解机理
1.4.2 粒子电极
1.4.3 三维粒子电极发展趋势
1.5 曝气生物滤池技术的研究现状
1.6 工业废渣-赤泥和沸石矿渣对环境的危害
1.7 论文研究内容
1.8 技术路线
第2章 实验装置与实验方法
2.1 实验材料
2.1.1 实验用水及水质
2.1.2 制备吸附型生物滤料原材料
2.1.3 制备赤泥基粒子电极原材料
2.2 实验仪器
2.3 实验装置
2.3.1 吸附型生物滤料曝气生物滤池
2.3.2 三维电极反应装置
2.3.3 TDE-BAF耦合系统装置
2.4 实验方法
2.4.1 吸附型生物滤料吸附性能实验
2.4.2 吸附型生物滤料曝气生物滤池降解效能实验
2.4.3 三维电极系统降解布洛芬实验
2.4.4 活性中间体检测方法
2.4.5 电流对微生物群落的刺激效应实验
2.4.6 TDE-BAF耦合系统构建实验
2.4.7 TDE-BAF工艺处理城市污水效能及空间特性实验
2.4.8 高通量测序
2.5 分析测试方法
2.5.1 常规分析项目及检测方法
2.5.2 非常规分析项目及其检测方法
第3章 TDE-BAF工艺填料的制备与表征
3.1 引言
3.2 吸附型生物滤料的制备
3.2.1 原材料选择
3.2.2 制备工艺流程
3.2.3 吸附型生物滤料制备工艺优化
3.3 吸附型生物滤料的表征
3.3.1 吸附型生物滤料基本物化性能
3.3.2 吸附型生物滤料微观结构表征
3.3.3 吸附型生物滤料成分分析
3.3.4 吸附型生物滤料吸附性能测定
3.3.5 吸附型生物滤料降解城市污水性能研究
3.4 赤泥基粒子电极的制备
3.4.1 原料化学成分分析及选择
3.4.2 催化活性物质选择
3.4.3 制备工艺流程
3.4.4 赤泥基粒子电极制备工艺优化
3.5 赤泥基粒子电极的表征
3.5.1 赤泥基粒子电极基本物化性能
3.5.2 赤泥基粒子电极微观结构表征
3.5.3 赤泥基粒子电极成分分析
3.5.4 赤泥基粒子电极降解布洛芬性能及机理探讨
3.6 本章小结
第4章 基于电流对微生物群体刺激效应构建TDE-BAF系统
4.1 引言
4.2 电流对微生物群体的刺激效应研究
4.2.1 电流密度对污染物去除效能的影响
4.2.2 电流密度对生物量和生物活性的影响
4.2.3 电流密度对微生物群落多样性和结构的影响
4.3 TDE-BAF耦合系统反应器的构建
4.3.1 主电极的选择及处理
4.3.2 极板间距的确定
4.3.3 赤泥基粒子电极和吸附型生物滤料高度比的确定
4.3.4 TDE-BAF系统反应器
4.4 TDE-BAF系统反应器的启动
4.4.1 TDE-BAF系统反应器启动阶段运行参数
4.4.2 TDE-BAF系统反应器启动阶段COD去除特性
4.4.3 TDE-BAF系统反应器启动阶段氨氮去除特性
4.4.4 TDE-BAF系统反应器启动阶段生物相分析
4.5 本章小结
第5章 TDE-BAF工艺降解城市污水效能及协同作用机制研究
5.1 引言
5.2 TDE-BAF工艺高效运行关键调控参数筛选
5.2.1 TDE-BAF工艺高效运行关键因数编码及实验结果
5.2.2 TDE-BAF工艺高效运行关键因素模型建立及方差分析
5.2.3 TDE-BAF工艺条件优化及实验验证
5.2.4 TDE-BAF工艺高效运行关键因素交互作用分析
5.3 TDE-BAF工艺处理城市污水效能研究
5.3.1 TDE-BAF工艺对于COD的降解效能及空间特性
5.3.2 TDE-BAF工艺对于TOC的降解效能及空间特性
5.3.3 TDE-BAF工艺对布洛芬的降解效能及空间特性
5.3.4 TDE-BAF工艺对于氨氮的降解效能及空间特性
5.4 TDE-BAF工艺降解城市污水协同作用机制探讨
5.4.1 TDE-BAF工艺降解以布洛芬为代表的有机物协同作用机制探讨
5.4.2 TDE-BAF工艺去除氨氮协同作用机制探讨
5.5 本章小结
第6章 TDE-BAF工艺微生物群落结构及多样性研究
6.1 引言
6.2 生物信息数据的合理性统计及优化
6.3 TDE-BAF工艺与单独BAF微生物群落对比分析
6.3.1 TDE-BAF工艺与单独BAF去除效能对比分析
6.3.2 TDE-BAF工艺与单独BAF微生物多样性对比分析
6.3.3 TDE-BAF工艺与单独BAF微生物群落结构对比分析
6.4 电流密度对TDE-BAF工艺中微生物群落影响分析
6.4.1 电流密度对TDE-BAF工艺去除效能的影响
6.4.2 电流密度对TDE-BAF工艺中微生物多样性影响
6.4.3 电流密度对TDE-BAF工艺中微生物群落结构的影响
6.5 进水布洛芬浓度对TDE-BAF工艺中微生物群落影响分析
6.5.1 进水布洛芬浓度对TDE-BAF工艺去除效能的影响
6.5.2 进水布洛芬浓度对TDE-BAF工艺中微生物多样性影响
6.5.3 进水布洛芬浓度对TDE-BAF工艺中微生物群落结构影响
6.6 反冲洗对TDE-BAF工艺中微生物群落影响分析
6.6.1 反冲洗对TDE-BAF工艺和BAF系统去除效能的影响
6.6.2 反冲洗对TDE-BAF工艺中微生物多样性影响
6.6.3 反冲洗对TDE-BAF工艺中微生物群落结构影响
6.7 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3867462
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