煤气化废水特征污染物在厌氧/缺氧/好氧组合工艺中的降解特性研究

【摘要】：煤气化废水是一种典型高浓度、难降解的有毒有害工业废水,采用传统的厌氧-好氧活性污泥生化系统处理,普遍存在水力停留时间长、降解效率低、处理成本高、COD和氨氮指标很难达到排放标准等问题。本文选取中煤龙化哈尔滨煤气化厂的鲁奇炉煤气化废水为研究对象,开展生化系统-电芬顿深度处理系统组合工艺研究,并着重考察含氮杂环化合物作为反硝化碳源的降解性能,旨在深入理解其缺氧降解行为。 对比考察了AOAO和A2O2两套前置反硝化生物膜系统的处理效果,结果表明A202系统对污染物去除效果更好。当水力停留时间HRT=72h,出水回流比R=2时,在进水COD, NH4+-N和TN平均浓度为2750mg/L,125mg/L和335mg/L下,其去除率分别为94.2%,90.72%和80.77%,出水平均浓度为150mg/L,11.6mg/L和51.5mg/L。回流比对A202系统硝化效果影响显著,R=2时取得最高硝化率为90.72%,而在1倍和3倍回流时去除率分别降至75%和80.31%。利用缺氧批次试验,发现苯酚可以作为优质反硝化碳源,而且在作为共代谢第一基质时,能够改善吡啶、吡咯和咪唑等含氮杂环化合物的缺氧降解性能。 继续深入考察了苯酚和煤气化废水中几种典型含氮杂环化合物的在连续运行的缺氧反应器中降解性能。通过对照实验,确定反硝化反应的最佳温度为25℃,在该温度下,苯酚的最高污泥降解速率可达8.15mg/(g MLSS·h),相应的N03--N污泥降解速率为5.34mg/(g MLSS·h)。吡啶缺氧条件下的污泥降解速率为4.38mg/(g MLSS-h),但其缺氧反应启动时间较长,而苯酚的添加可以降低吡啶对微生物的毒性抑制,缩短启动周期。喹啉和吡咯作为单基质碳源的去除率分别只有18.5%和14.9%,而与苯酚共基质条件下的最高去除率分别升至73.8%和65.9%。在咪唑缺氧降解实验中,苯酚的添加对其去除效果基本无影响,其去除率仅为24%。该实验证实了将缺氧段置于系统最前端的前置反硝化系统可以强化难降解有机物的去除,并减轻后续工艺段的污染物负荷。 考察了A2/O-MBR系统中煤气化废水有机物和氨氮的去除效果和降解特性。研究结果表明,HRT由72h降至48h时,对A2/O-MBR系统中有机物和氨氮的去除效果影响很小,显示了A2/O-MBR的优势。过高(R=6)和过低(R=1)的回流比,都会对硝化菌的活性产生抑制,而且在R=1时,COD的去除率也会由于进水苯酚对微生物的毒性抑制而急剧下降。在HRT=48h, R=3时,系统中COD、NH4+-N和TN的平均去除率为97.4%、92.8%和74%,平均出水浓度分别为71mg/L、9.6mg/L和74mg/L。利用GC/MS对系统各段有机物浓度分析,发现厌氧水解A1段对TOC的去除率只有12.8%,但是通过开环、断链等反应改变了有机物分子结构从而改善了废水的降解性。实验发现在MLSS≤10g/L的条件下,膜污染速率低,MBR可以保持长期稳定运行。 考察了活性炭负载羟基氧化铁催化剂(FeOOH/AC)的制备与表征,以及电芬顿系统对A2/O-MBR系统出水的深度处理。实验发现,采用空气氧化Fe(OH)2悬浊液法制备的非均相FeOOH/AC催化剂负载的FeOOH由针铁矿(α-FeOOH)和纤维矿(γ-FeOOH)混晶组成。考察了pH,H2O2投加量和反应电压等条件对降解效率的影响,从而确定最佳操作条件。在中性条件以及最佳H2O2投加量和反应电压下,经过40min吸附和90min催化降解,COD的最终去除率为84.43%,出水浓度为19.9mg/L。 综上,A2O2系统对煤气化废水中各污染物均有很好的去除效果,而A2/O-MBR耦合电芬顿深度处理系统处理的最终出水完全达到浊循环水回用或城镇污水一级A标准。本研究揭示的含氮杂环化合物的缺氧共代谢降解机制,对于改进生化工艺组合以强化难降解有机物的去除效果具有重要的指导意义。 【关键词】：煤气化废水 生物膜 MBR 厌氧水解 缺氧共代谢 含氮杂环化合物
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X784
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目录9-13
• CONTENTS13-16
• 图表目录16-20
• 主要符号表20-21
• 1 绪论21-46
• 1.1 煤气化废水的来源及危害22-27
• 1.1.1 煤气化废水的来源及分类22-25
• 1.1.2 煤气化废水的性质及危害25-27
• 1.2 煤气化废水处理工艺研究现状27-38
• 1.2.1 传统活性污泥法(CAS)28-29
• 1.2.2 序批式活性污泥法(SBR)29-31
• 1.2.3 缺氧/好氧工艺(A/O)31-33
• 1.2.4 厌氧/缺氧/好氧工艺(A~2/O)33-35
• 1.2.5 膜生物反应器(MBR)35-38
• 1.3 含氮杂环化合物危害及其降解研究概况38-44
• 1.3.1 含氮杂环化合物的来源及危害38-39
• 1.3.2 含氮杂环化合物的降解研究进展39-44
• 1.4 本文的研究目的、意义及研究内容44-46
• 1.4.1 研究目的和意义44
• 1.4.2 研究内容44-46
• 2 实验装置与分析方法46-56
• 2.1 实验装置与运行条件46-53
• 2.1.1 实验装置46-50
• 2.1.2 接种污泥50-51
• 2.1.3 实验水质51-53
• 2.2 分析方法53-56
• 2.2.1 常规检测53
• 2.2.2 GC/MS分析53-54
• 2.2.3 电子扫描显微镜(SEM)54-55
• 2.2.4 傅里叶变换红外分析(FTIR)55
• 2.2.5 X-射线衍射分析(XRD)55
• 2.2.6 比表面积分析55-56
• 3. 前置反硝化生物膜系统的启动运行56-75
• 3.1 引言56
• 3.2 实验部分56-59
• 3.2.1 实验装置与水质56-58
• 3.2.2 分析项目与方法58
• 3.2.3 研究内容58-59
• 3.3 结果与讨论59-73
• 3.3.1 AOAO系统启动及对污染物的去除59-64
• 3.3.2 A~2O~2系统的运行效果及回流比对系统效率的影响64-70
• 3.3.3 反硝化批次试验和共代谢70-73
• 3.4 本章小结73-75
• 4. 苯酚与NHCs的缺氧降解及共代谢降解研究75-95
• 4.1 引言75-76
• 4.2 实验部分76-77
• 4.2.1 实验装置与水质76
• 4.2.2 分析项目与方法76
• 4.2.3 研究内容76-77
• 4.3 结果与讨论77-93
• 4.3.1 苯酚的缺氧降解实验77-81
• 4.3.2 吡啶的缺氧降解及共代谢降解实验81-85
• 4.3.3 喹啉的缺氧降解及共代谢降解实验85-88
• 4.3.4 吡咯的缺氧降解及共代谢降解实验88-91
• 4.3.5 咪唑的缺氧降解及共代谢降解实验91-93
• 4.4 本章小结93-95
• 5. A~2/O-MBR系统的启动运行及膜污染控制95-117
• 5.1 引言95
• 5.2 实验部分95-97
• 5.2.1 实验装置与水质95-96
• 5.2.2 分析项目与方法96
• 5.2.3 研究内容96-97
• 5.3 结果与讨论97-115
• 5.3.1 A~2/O-MBR系统启动及在不同HRT下污染物的去除影响97-100
• 5.3.2 污泥混合液回流比对A~2/O-MBR系统的影响100-104
• 5.3.3 有机物在A~2/O-MBR的去除以及厌氧水解的降解作用104-107
• 5.3.4 MBR膜污染的表征与分析107-115
• 5.4 本章小结115-117
• 6 FeOOH/AC非均相催化电芬顿深度处理系统117-131
• 6.1 序言117-119
• 6.2 实验部分119-120
• 6.2.1 实验装置与水质119-120
• 6.2.2 分析项目与方法120
• 6.2.3 研究内容120
• 6.3 结果与讨论120-130
• 6.3.1 活性炭负载羟基氧化铁催化剂(FeOOH/AC)的制备及表征120-125
• 6.3.2 FeOOH/AC非均相催化电芬顿系统的处理效果及影响因素125-130
• 6.4 小结130-131
• 7. 结论与创新点131-134
• 7.1 结论131-132
• 7.2 创新点132-133
• 7.3 展望133-134
• 参考文献134-144
• 致谢144-145
• 作者简介145
• 攻读博士学位期间科研项目及科研成果145-147

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