發(fā)布時間：2018-12-13 14:08

【摘要】：我國城市的工業(yè)化仍處于高速發(fā)展的時期,水污染呈現(xiàn)了日趨加劇的態(tài)勢。國務院頒布的《水污染防治行動計劃》全面控制污染物的排放,特別是工業(yè)污染防治,要專項整治十大重點行業(yè)。對于這些行業(yè)產(chǎn)生的難降解有機廢水的處理,是水污染治理中的重難點。而采用傳統(tǒng)的廢水處理工藝已不能滿足日益嚴格的排放標準,開發(fā)高效處理難降解有機廢水的工藝是今后重要的研究課題。本文以難降解有機廢水為處理對象,構(gòu)建了過硫酸鹽高級氧化-曝氣生物濾池(BAF)深度處理工藝,實現(xiàn)了難降解有機廢水的穩(wěn)定達標排放。首先利用化學共沉淀法與高溫煅燒法在粉末活性炭(PAC)上負載Fe、Ni金屬離子,制備了高效活化過硫酸鈉的催化劑,并進行了催化劑表征;其次基于該催化劑與過硫酸鈉形成氧化體系降解模擬印染廢水,以化學需氧量(COD)去除率作為評價指標,分別研究了催化劑投加量、過硫酸鈉投加量、反應p H值、反應時間等工藝參數(shù)對COD去除率的影響,并通過響應曲面法對反應結(jié)果進行了優(yōu)化,并探討了降解機理;再以玄武巖纖維棉與PP空心球為原材料,自制BAF填料,以實際化工廢水為處理對象,研究了自制BAF填料的掛膜特性及其微生物群落結(jié)構(gòu)特征,著重研究了水力停留時間(HRT)、溶解氧(DO)以及p H值等工藝參數(shù)對BAF工藝效率的影響,并通過響應曲面法對BAF工藝進行了優(yōu)化;最后以實際印染廢水為處理對象,考察了過硫酸鹽高級氧化-BAF組合工藝深度處理效能。主要結(jié)論如下:1)活化過硫酸鈉催化劑制備最佳工藝為:Fe3++Fe2+:Ni(摩爾比)為4:1,Fe3O4:PAC(質(zhì)量比)為1:4,煅燒溫度為700℃,煅燒時間為4 h。通過SEM、TEM、XRD、EDS等表征手段對催化劑進行表征,發(fā)現(xiàn)催化劑表面空隙率增加,呈現(xiàn)中空結(jié)構(gòu),表面含有C、O、Fe、Ni四種元素,表面活性物質(zhì)以鐵酸鎳的形式存在帶有磁性,有利于回收再利用。2)催化劑與過硫酸鈉形成的氧化體系降解甲基橙模擬印染廢水,反應時間為2 h,廢水p H值在3~11的范圍之內(nèi)變化,催化劑都表現(xiàn)出良好的催化性能,并且對COD去除效率隨著p H值的升高而提高,COD去除率最低也可達到75.93%。中性環(huán)境下,過硫酸鹽催化劑重復使用6次,對廢水COD去除率仍能達到70%以上。GC-MS分析結(jié)果得出,甲基橙染料分子在氧化體系中全部被氧化,大部分產(chǎn)物為對苯醌,少部分為環(huán)鏈狀有機分子,如2-環(huán)戊烯酮、反-1,2-二氯環(huán)戊烯等。氧化體系去除有機污染物的過程是先將污染物吸附在催化劑表面,再由表面產(chǎn)生的強氧化性自由基將其氧化成小分子物質(zhì)。通過響應曲面法得出催化劑與過硫酸鈉氧化體系降解甲基橙模擬印染廢水效能的二元多項式回歸方程:η=82.96+4.07X1+3.99X2+1.97X3+1.44X1X2-1.95X1X3+0.98X2X3-0.92X12-5.14X22-4.69X32(式中η為預測的COD去除率,X1、X2、X3分別代表p H值、催化劑和過硫酸鈉投加量)。在X1、X2、X3分別為11、4.1、10.3時,COD去除率最高為87.55%,通過試驗驗證,得出優(yōu)化結(jié)果與實際結(jié)果相比偏差0.88%。3)BAF工藝以實際化工廢水為處理對象,通過接種掛膜法進行掛膜啟動,最佳水力停留時間為8 h,進水p H值為7~8,DO范圍為3~4 mg/L。最佳單因素參數(shù)運行下COD、NH3-N與TP去除率分別穩(wěn)定在80%、85%、87.5%以上。掛膜前期,生物膜中微生物群落單一,大部分為線蟲和草履蟲,馴化中后期,開始出現(xiàn)鐘蟲、累枝蟲、漫游蟲、多種輪蟲、寡毛蟲等生物多樣性十分豐富。對成熟的生物膜進行微生物多樣性分析得知,生物膜內(nèi)外部的微生物種類豐富,脫氮除磷微生物種類主要有Pseudomonas、脫硫微球菌屬(Desulfomicrobium)、陶厄氏菌屬(Thauera)、膠德克斯氏菌(Derxia)、Rhodobacte。通過響應曲面法優(yōu)化得出曝氣生物濾池系統(tǒng)對COD、NH3-N、TP去除效能的二元多項式回歸方程:η1=85.0+1.93X1+4.26X2+11.81X3-0.48X1X2-0.68X1X3-2.95X2X3-8.26X12-9.99X22-8.53X32η2=85.6+2.1X1+1.33X2+17.18X3-0.1X1X2-0.6X1X3-0.05X2X3-14.52X12-20.11X22-12.52X32η3=85.5+3.73X1+2.43X2+13.55X3-0.60X1X2-0.30X2X3-17.31X12-13.56X22-6.71X32(式中η1、η2、η3分別為預測的COD、NH3-N、TP去除率,X1、X2、X3分別為p H值、DO、HRT值)。經(jīng)模擬預測在X1=7.17、X2=3.13、X3=11.06時,COD、NH3-N、TP去除率最大,分別為89.20%、91.57%、92.23%。4)處理實際印染廢水的COD濃度在835~1125 mg/L的范圍之內(nèi),NH3-N濃度在16.35~22.24 mg/L范圍之內(nèi),過硫酸鹽高級氧化-BAF組合工藝最終出水COD在40mg/L以下,NH3-N在2 mg/L以下,出水水質(zhì)符合《紡織染整工業(yè)水污染排放標準》限值。過硫酸鹽高級氧化-BAF組合工藝構(gòu)筑簡單,對難降解有機廢水處理效果顯著,具有廣泛適用性,出水水質(zhì)滿足相應的污染控制標準要求。本研究為該組合工藝在難降解有機廢水處理領(lǐng)域的應用提供了技術(shù)支持。
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【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2376667