本文關(guān)鍵詞：磁鐵礦強(qiáng)化電極耦合型厭氧生物工藝處理含氯代硝基苯類廢水研究

  更多相關(guān)文章： 氯代硝基苯 磁鐵礦 生物膜電極 厭氧顆粒污泥 還原轉(zhuǎn)化

【摘要】：我國醫(yī)藥、化工等行業(yè)發(fā)展迅速,導(dǎo)致有毒難降解工業(yè)廢水排放量大,帶來的持久性有毒有機(jī)物污染已成為我國水環(huán)境健康與水生態(tài)安全的主要障礙。氯代硝基苯類化合物屬典型的有毒難降解有機(jī)物,是染料、醫(yī)藥、化工等行業(yè)的重要基礎(chǔ)原料,其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、生物降解性差、在生物體內(nèi)蓄積并具有三致效應(yīng)。因此,有關(guān)氯代硝基苯類化合物的環(huán)境行為和控制技術(shù)受到國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。論文針對厭氧生物反應(yīng)器啟動周期長、系統(tǒng)易酸化和難降解廢水處理性能差等問題,鑒于直接電子傳遞過程在持久性有毒有機(jī)物厭氧還原中的關(guān)鍵作用,以氯代硝基苯類廢水為處理對象,研發(fā)了磁鐵礦強(qiáng)化生物電極耦合型UASB新工藝,應(yīng)用電化學(xué)、掃描電鏡和x-射線能譜分析(SEM-EDX)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)等技術(shù),開展了磁鐵礦-生物電極-厭氧污泥耦合系統(tǒng)降解污染物特性、磁鐵礦強(qiáng)化電極耦合型UASB反應(yīng)器啟動與其強(qiáng)化機(jī)制等研究,取得如下研究成果：1、建立了多組厭氧污泥、生物電極-厭氧污泥耦合的分批試驗裝置,研究磁鐵礦投加對常規(guī)厭氧污泥體系、生物電化學(xué)體系強(qiáng)化p-ClNB還原轉(zhuǎn)化性能的影響。結(jié)果表明,在不同厭氧體系中p-ClNB先還原轉(zhuǎn)化為p-ClAn,然后脫氯。其中,磁鐵礦-生物電極-厭氧污泥耦合體系的脫氯反應(yīng)速率常數(shù)最高,強(qiáng)化因子達(dá)3.73。CV曲線掃描分析發(fā)現(xiàn),生物膜陰極存在氧化還原峰,-1000 mV時產(chǎn)生的電流密度為非生物陰極的6.7倍；磁鐵礦的投加進(jìn)一步增強(qiáng)了生物陰極的電流密度(1.6倍),明顯強(qiáng)化了微生物與電極表面的胞外電子傳遞過程。2、構(gòu)建了磁鐵礦強(qiáng)化生物電極耦合型UASB反應(yīng)器,研究磁鐵礦對厭氧生物電化學(xué)系統(tǒng)的常規(guī)污染物去除、厭氧污泥顆�；挠绊�。結(jié)果表明,在磁鐵礦的作用下生物電極耦合型UASB反應(yīng)器啟動過程污染物去除性能得到提升,COD去除率最終穩(wěn)定在99%以上,顆粒污泥平均粒徑達(dá)621.4μm,明顯優(yōu)于對照反應(yīng)器。同時,磁鐵礦強(qiáng)化電極耦合型UASB反應(yīng)器能夠產(chǎn)生較高的電流密度,并大幅降低反應(yīng)器的氧化還原電位,利于厭氧反應(yīng)進(jìn)行與污泥顆�；Ｓ^察顆粒污泥結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),磁鐵礦強(qiáng)化電極耦合型UASB反應(yīng)器內(nèi)形成的厭氧顆粒污泥具有清晰的外表和致密的結(jié)構(gòu),其表面富集大量的鐵元素,內(nèi)部包裹納米磁鐵礦,證實其對電極耦合型UASB工藝性能改善具有強(qiáng)化作用。3、基于成功啟動的磁鐵礦強(qiáng)化生物電極禍合型UASB反應(yīng)器,以2,4-二氯硝基苯(2,4-DClNB)為目標(biāo)污染物,研究耦合工藝去除污染物性能與還原脫氯機(jī)制。結(jié)果表明,隨著進(jìn)水2,4-DClNB負(fù)荷由25g m-3d-1增至200 g m-3d-1,磁鐵礦強(qiáng)化電極耦合型UASB反應(yīng)器的污染物去除性能以及體系pH均較為穩(wěn)定,COD、目標(biāo)污染物去除率分別達(dá)97%和100%。GC-MS分析反應(yīng)器出水發(fā)現(xiàn),2,4-DClNB降解途徑為2,4-DClNB→2,4-DClAn→4-ClAn(主要產(chǎn)物)./2-ClAn(次要產(chǎn)物)→…→礦化。其中磁鐵礦強(qiáng)化生物電極耦合型UASB反應(yīng)器和電極耦合型UASB反應(yīng)器可強(qiáng)化2,4-DClNB的最終礦化過程,避免有毒中間產(chǎn)物的積累。應(yīng)用SEM電鏡掃描分析電極生物膜與顆粒污泥結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),陽極和陰極表面生物膜均被納米磁鐵礦覆蓋,同時菌膠團(tuán)內(nèi)部同樣存在大量的納米磁鐵礦,研究結(jié)果進(jìn)一步證實磁鐵礦在強(qiáng)化電極耦合型UASB工藝胞外電子傳遞與污染物去除性能方面具有重要作用。
【關(guān)鍵詞】：氯代硝基苯 磁鐵礦 生物膜電極 厭氧顆粒污泥 還原轉(zhuǎn)化
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-10
• Abstract10-14
• 第一章 文獻(xiàn)綜述14-26
• 1.1 前言14
• 1.2 氯代硝基苯類廢水處理技術(shù)14-19
• 1.2.1 物化處理技術(shù)14-17
• 1.2.2 生物處理技術(shù)17-18
• 1.2.3 物化-生物耦合處理工藝18-19
• 1.3 生物電化學(xué)技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用19-22
• 1.3.1 生物電化學(xué)系統(tǒng)基本原理及構(gòu)造19-21
• 1.3.2 微生物電解池21-22
• 1.4 生物電化學(xué)強(qiáng)化工藝22-24
• 1.4.1 零價鐵強(qiáng)化生物電化學(xué)技術(shù)23
• 1.4.2 鐵氧化物強(qiáng)化生物電化學(xué)技術(shù)23
• 1.4.3 納米態(tài)鐵氧化物強(qiáng)化生物電化學(xué)技術(shù)23-24
• 1.5 研究目的、意義與主要內(nèi)容24-26
• 1.5.1 研究目的與意義24-25
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容25
• 1.5.3 技術(shù)路線25-26
• 第二章 磁鐵礦-電化學(xué)-厭氧污泥耦合系統(tǒng)還原轉(zhuǎn)化p-ClNB性能研究26-35
• 2.1 引言26
• 2.2 材料與方法26-30
• 2.2.1 實驗藥品與儀器26-27
• 2.2.2 批次實驗裝置27-28
• 2.2.3 實驗方法28-29
• 2.2.4 分析方法29-30
• 2.3 結(jié)果與討論30-34
• 2.3.1 納米磁鐵礦特性分析30-31
• 2.3.2 p-ClNB還原轉(zhuǎn)化動力學(xué)31-33
• 2.3.3 磁鐵礦對生物陰極電化學(xué)特性的影響33-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第三章 磁鐵礦強(qiáng)化生物電極耦合型UASB反應(yīng)器啟動與污泥顆�；芯�35-49
• 3.1 引言35
• 3.2 材料與方法35-38
• 3.2.1 實驗裝置運(yùn)行35-38
• 3.3 結(jié)果與討論38-48
• 3.3.1 COD去除性能及出水pH變化38-40
• 3.3.2 反應(yīng)器電流及庫倫效率40-41
• 3.3.3 啟動階段反應(yīng)器氧化還原電位變化41-42
• 3.3.4 反應(yīng)器啟動結(jié)束時出水VFA組成42-44
• 3.3.5 產(chǎn)氣組分研究44
• 3.3.6 顆粒污泥特性44-46
• 3.3.7 出水鐵濃度變化46-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第四章 磁鐵礦強(qiáng)化生物電極耦合型UASB反應(yīng)器目標(biāo)污染物去除性能與機(jī)制49-58
• 4.1 引言49
• 4.2 材料與方法49-50
• 4.2.1 反應(yīng)裝置及其運(yùn)行49
• 4.2.2 分析方法49-50
• 4.3 結(jié)果與討論50-57
• 4.3.1 目標(biāo)污染物負(fù)荷提升對系統(tǒng)性能的影響50-51
• 4.3.2 降解中間產(chǎn)物分析51-53
• 4.3.3 污染物去除性能及變化趨勢分析53-54
• 4.3.4 電極表面特性54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第五章 結(jié)論與展望58-60
• 5.1 論文的主要結(jié)論58-59
• 5.2 論文的創(chuàng)新性59
• 5.3 論文的不足與展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-69
• 碩士期間成果69

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本文編號：723973