零价铁强化厌氧处理煤化工费托合成废水的研究

发布时间：2017-09-11 11:18

  本文关键词：零价铁强化厌氧处理煤化工费托合成废水的研究

  更多相关文章： 费托合成废水 厌氧消化 零价铁 有机物去除 菌群结构

【摘要】：随着煤化工行业的大力发展,伴随着经济效益产出的同时,煤化工所带来的环境污染尤其是水污染越来越多的受到重视。费托合成是煤制油的一个重要工段但同时也产生了大量的费托合成废水,费托合成废水作为一种较难处理的工业废水具有高CODCr、低pH、水量大、水质复杂等特点,目前针对费托合成废水处理工艺方面的研究还很少,因此本研究针对费托合成废水的处理而展开。零价铁强化作为厌氧生物处理的改进工艺不仅延续了厌氧生物处理的高效性、低能耗等特点,同时零价铁的投加对反应器处理效能和产甲烷菌代谢活性等方面也起到了促进作用。目前零价铁强化厌氧生物处理技术得到了广泛的研究和实际应用,但在针对费托合成废水的处理中还鲜有报道,因此本研究采用零价铁强化厌氧处理费托合成废水,通过两阶段的实验对其可行性和零价铁的强化机理进行了探究,为实际工程中费托合成废水的处理提供了理论依据。第一阶段实验探究采用模拟费托合成废水作为底物,采用静态实验探究实验参数对反应器去除效能的影响并对实验参数进行优化。首先设计单因素实验,实验中主要变量有系统初始pH、零价铁粒径和零价铁投加量,结果证明系统初始pH和零价铁投加量均存在最优值,而零价铁粒径越小反应器的去除效果越好。之后采用Box-Behnken实验设计并对实验结果进行响应曲面分析,得出最优实验参数为初始pH=6、零价铁投加量2.45g/L、零价铁粒径475目。采用最优实验参数与单独投加Fe2+进行对比实验,结果证名最优条件下反应器CODCr去除率更高,达到74.5%。零价铁对系统环境参数(pH、ORP)的影响主要表现在中和系统中有机酸,提升系统pH,同时其还原性使系统ORP降低,整个反应环境更适合厌氧消化的进行。第二阶段实验探究采用UASB反应器进行连续流实验,设置对照组和实验组,在实验过程中对反应器的有机物去除效率、产气/产甲烷能力、EPS的含量和组成成分及其对厌氧污泥颗粒化的影响等方面进行观测。结果证明零价铁对UASB处理模拟费托合成废水强化效果显著,实验组稳定运行期间平均CODCr去除率达到80.6%,甲烷产量达到1.65L?L-1?d-1,二者均高于对照组,同时实验组中更早观察到颗粒污泥的出现,表明零价铁提升了反应器处理效能和其稳定性。对厌氧污泥中总铁和不同形态铁含量的测定表明:零价铁作为铁源显著提高了污泥中总铁和生物有效性铁的含量,满足了产甲烷菌对铁元素的需求。另外,对产甲烷菌特征酶辅酶F420和F430的含量进行了检测,结果表明对照组F420和F430的含量分别为1.84umol/gVSS和0.76umol Ni/gVSS,相比之下实验组含量上升至2.86umol/gVSS和0.92 umol Ni/gVSS,同时结合对厌氧污泥的红外光谱分析和污泥EPS中蛋白质含量的分析,证明零价铁能促进产甲烷菌的代谢活性。对厌氧污泥进行高通量测序,结果表明:实验组的OTU数为546,对照组为530,微生物菌落多样性有所提高;对厌氧系统中优势菌属进行分析,证明零价铁的投加增大了产甲烷菌的丰度,使优势菌属发生改变。Methanoregula优势菌属的地位得以进一步强化,同时Methanospirillum、Methanomethylovorans和Methanosaeta含量降低,而Methanobacterium、Methanolinea和Methanosarcina含量升高。综上所述,得出最终结论:零价铁强化厌氧生物处理工艺处理模拟费托合成废水表现出良好的处理效果,具有可行性。在反应过程中,零价铁通过改善厌氧环境、提升反应器稳定性、改变甲烷合成途径以及释放Fe~(2+)的方式实现了对厌氧生物处理的强化作用。
【关键词】：费托合成废水 厌氧消化 零价铁 有机物去除 菌群结构
【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】：2016
【分类号】：X784
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.2 费托合成废水概述12-14
• 1.2.1 费托合成废水特点12-13
• 1.2.2 目前对费托合成废水的处理方法13-14
• 1.3 厌氧生物处理技术14-18
• 1.3.1 概述14-16
• 1.3.2 厌氧强化技术研究进展16-18
• 1.4 零价铁技术18-21
• 1.4.1 污染物的零价铁预处理18-20
• 1.4.2 零价铁强化厌氧生物处理20-21
• 1.5 本研究的目的、意义和内容21-23
• 1.5.1 研究的目的和意义21-22
• 1.5.2 课题来源22
• 1.5.3 本研究的内容22-23
• 第2章 实验材料与方法23-31
• 2.1 实验材料23-25
• 2.1.1 实验用水23
• 2.1.2 接种污泥23-24
• 2.1.3 实验药品24-25
• 2.1.4 实验仪器25
• 2.2 实验设计25-27
• 2.2.1 静态试验25-26
• 2.2.2 UASB连续流实验26-27
• 2.3 试验方法27-31
• 2.3.1 常规指标测定方法27-28
• 2.3.2 厌氧污泥胞外聚合物的测定28
• 2.3.3 厌氧污泥中不同赋存形态铁含量的测定28-29
• 2.3.4 辅酶F_(420)/F_(430)的测定29-31
• 第3章 静态试验下实验参数的影响分析及优化31-46
• 3.1 实验参数对去除效能的影响31-34
• 3.1.1 初始pH对COD_(Cr)去除率的影响31-32
• 3.1.2 零价铁粒径对COD_(Cr)去除率的影响32-33
• 3.1.3 零价铁投加量对COD_(Cr)去除率的影响33-34
• 3.2 响应曲面法优化实验参数34-39
• 3.2.1 Box-Behnken实验设计35
• 3.2.2 回归模型的建立35-37
• 3.2.3 响应曲面分析与优化37-39
• 3.3 零价铁与Fe~(2+)强化效果对比39-44
• 3.3.1 COD_(Cr)去除率对比39-40
• 3.3.2 产气/产CH_4量对比40-42
• 3.3.3 系统pH、ORP变化情况42-43
• 3.3.4 消化液中Fe~(2+)浓度变化43-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第4章 零价铁强化UASB连续运行试验研究46-65
• 4.1 零价铁对UASB反应器效能的影响46-49
• 4.1.1 零价铁对COD_(Cr)去除率的影响46-48
• 4.1.2 零价铁对产气量、产甲烷量的影响48-49
• 4.2 出水VFAs浓度变化及出水含氧有机物含量对比49-52
• 4.2.1 出水VFAs浓度变化49-51
• 4.2.2 出水含氧有机物含量对比51-52
• 4.3 零价铁对厌氧污泥EPS的影响52-56
• 4.3.1 EPS的三维荧光光谱分析53-55
• 4.3.2 EPS组成成分变化55-56
• 4.4 零价铁对厌氧污泥颗粒化进程的影响56-62
• 4.4.1 厌氧污泥细胞疏水性和Zeta电位56-59
• 4.4.2 厌氧污泥外观特性59-62
• 4.5 厌氧污泥中不同形态铁的分布62-63
• 4.6 本章小结63-65
• 第5章 零价铁对厌氧消化产甲烷菌的影响65-75
• 5.1 零价铁对厌氧污泥中辅酶F_(420)和F_(430)含量的影响65-68
• 5.1.1 零价铁对F_(420)含量的影响65-67
• 5.1.2 零价铁对F_(430)含量的影响67-68
• 5.2 厌氧污泥红外光谱分析68-71
• 5.3 零价铁对厌氧微生物多样性和丰度的影响71-74
• 5.4 本章小结74-75
• 结论75-77
• 参考文献77-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果83-85
• 致谢85

，

本文编号：830417