本文關鍵詞：零價鐵強化厭氧處理煤化工費托合成廢水的研究

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【摘要】：隨著煤化工行業(yè)的大力發(fā)展,伴隨著經(jīng)濟效益產(chǎn)出的同時,煤化工所帶來的環(huán)境污染尤其是水污染越來越多的受到重視。費托合成是煤制油的一個重要工段但同時也產(chǎn)生了大量的費托合成廢水,費托合成廢水作為一種較難處理的工業(yè)廢水具有高CODCr、低pH、水量大、水質(zhì)復雜等特點,目前針對費托合成廢水處理工藝方面的研究還很少,因此本研究針對費托合成廢水的處理而展開。零價鐵強化作為厭氧生物處理的改進工藝不僅延續(xù)了厭氧生物處理的高效性、低能耗等特點,同時零價鐵的投加對反應器處理效能和產(chǎn)甲烷菌代謝活性等方面也起到了促進作用。目前零價鐵強化厭氧生物處理技術得到了廣泛的研究和實際應用,但在針對費托合成廢水的處理中還鮮有報道,因此本研究采用零價鐵強化厭氧處理費托合成廢水,通過兩階段的實驗對其可行性和零價鐵的強化機理進行了探究,為實際工程中費托合成廢水的處理提供了理論依據(jù)。第一階段實驗探究采用模擬費托合成廢水作為底物,采用靜態(tài)實驗探究實驗參數(shù)對反應器去除效能的影響并對實驗參數(shù)進行優(yōu)化。首先設計單因素實驗,實驗中主要變量有系統(tǒng)初始pH、零價鐵粒徑和零價鐵投加量,結(jié)果證明系統(tǒng)初始pH和零價鐵投加量均存在最優(yōu)值,而零價鐵粒徑越小反應器的去除效果越好。之后采用Box-Behnken實驗設計并對實驗結(jié)果進行響應曲面分析,得出最優(yōu)實驗參數(shù)為初始pH=6、零價鐵投加量2.45g/L、零價鐵粒徑475目。采用最優(yōu)實驗參數(shù)與單獨投加Fe2+進行對比實驗,結(jié)果證名最優(yōu)條件下反應器CODCr去除率更高,達到74.5%。零價鐵對系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)(pH、ORP)的影響主要表現(xiàn)在中和系統(tǒng)中有機酸,提升系統(tǒng)pH,同時其還原性使系統(tǒng)ORP降低,整個反應環(huán)境更適合厭氧消化的進行。第二階段實驗探究采用UASB反應器進行連續(xù)流實驗,設置對照組和實驗組,在實驗過程中對反應器的有機物去除效率、產(chǎn)氣/產(chǎn)甲烷能力、EPS的含量和組成成分及其對厭氧污泥顆�；挠绊懙确矫孢M行觀測。結(jié)果證明零價鐵對UASB處理模擬費托合成廢水強化效果顯著,實驗組穩(wěn)定運行期間平均CODCr去除率達到80.6%,甲烷產(chǎn)量達到1.65L?L-1?d-1,二者均高于對照組,同時實驗組中更早觀察到顆粒污泥的出現(xiàn),表明零價鐵提升了反應器處理效能和其穩(wěn)定性。對厭氧污泥中總鐵和不同形態(tài)鐵含量的測定表明:零價鐵作為鐵源顯著提高了污泥中總鐵和生物有效性鐵的含量,滿足了產(chǎn)甲烷菌對鐵元素的需求。另外,對產(chǎn)甲烷菌特征酶輔酶F420和F430的含量進行了檢測,結(jié)果表明對照組F420和F430的含量分別為1.84umol/gVSS和0.76umol Ni/gVSS,相比之下實驗組含量上升至2.86umol/gVSS和0.92 umol Ni/gVSS,同時結(jié)合對厭氧污泥的紅外光譜分析和污泥EPS中蛋白質(zhì)含量的分析,證明零價鐵能促進產(chǎn)甲烷菌的代謝活性。對厭氧污泥進行高通量測序,結(jié)果表明:實驗組的OTU數(shù)為546,對照組為530,微生物菌落多樣性有所提高;對厭氧系統(tǒng)中優(yōu)勢菌屬進行分析,證明零價鐵的投加增大了產(chǎn)甲烷菌的豐度,使優(yōu)勢菌屬發(fā)生改變。Methanoregula優(yōu)勢菌屬的地位得以進一步強化,同時Methanospirillum、Methanomethylovorans和Methanosaeta含量降低,而Methanobacterium、Methanolinea和Methanosarcina含量升高。綜上所述,得出最終結(jié)論:零價鐵強化厭氧生物處理工藝處理模擬費托合成廢水表現(xiàn)出良好的處理效果,具有可行性。在反應過程中,零價鐵通過改善厭氧環(huán)境、提升反應器穩(wěn)定性、改變甲烷合成途徑以及釋放Fe~(2+)的方式實現(xiàn)了對厭氧生物處理的強化作用。
【關鍵詞】：費托合成廢水 厭氧消化 零價鐵 有機物去除 菌群結(jié)構
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X784
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 課題背景及研究意義11-12
• 1.2 費托合成廢水概述12-14
• 1.2.1 費托合成廢水特點12-13
• 1.2.2 目前對費托合成廢水的處理方法13-14
• 1.3 厭氧生物處理技術14-18
• 1.3.1 概述14-16
• 1.3.2 厭氧強化技術研究進展16-18
• 1.4 零價鐵技術18-21
• 1.4.1 污染物的零價鐵預處理18-20
• 1.4.2 零價鐵強化厭氧生物處理20-21
• 1.5 本研究的目的、意義和內(nèi)容21-23
• 1.5.1 研究的目的和意義21-22
• 1.5.2 課題來源22
• 1.5.3 本研究的內(nèi)容22-23
• 第2章 實驗材料與方法23-31
• 2.1 實驗材料23-25
• 2.1.1 實驗用水23
• 2.1.2 接種污泥23-24
• 2.1.3 實驗藥品24-25
• 2.1.4 實驗儀器25
• 2.2 實驗設計25-27
• 2.2.1 靜態(tài)試驗25-26
• 2.2.2 UASB連續(xù)流實驗26-27
• 2.3 試驗方法27-31
• 2.3.1 常規(guī)指標測定方法27-28
• 2.3.2 厭氧污泥胞外聚合物的測定28
• 2.3.3 厭氧污泥中不同賦存形態(tài)鐵含量的測定28-29
• 2.3.4 輔酶F_(420)/F_(430)的測定29-31
• 第3章 靜態(tài)試驗下實驗參數(shù)的影響分析及優(yōu)化31-46
• 3.1 實驗參數(shù)對去除效能的影響31-34
• 3.1.1 初始pH對COD_(Cr)去除率的影響31-32
• 3.1.2 零價鐵粒徑對COD_(Cr)去除率的影響32-33
• 3.1.3 零價鐵投加量對COD_(Cr)去除率的影響33-34
• 3.2 響應曲面法優(yōu)化實驗參數(shù)34-39
• 3.2.1 Box-Behnken實驗設計35
• 3.2.2 回歸模型的建立35-37
• 3.2.3 響應曲面分析與優(yōu)化37-39
• 3.3 零價鐵與Fe~(2+)強化效果對比39-44
• 3.3.1 COD_(Cr)去除率對比39-40
• 3.3.2 產(chǎn)氣/產(chǎn)CH_4量對比40-42
• 3.3.3 系統(tǒng)pH、ORP變化情況42-43
• 3.3.4 消化液中Fe~(2+)濃度變化43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-46
• 第4章 零價鐵強化UASB連續(xù)運行試驗研究46-65
• 4.1 零價鐵對UASB反應器效能的影響46-49
• 4.1.1 零價鐵對COD_(Cr)去除率的影響46-48
• 4.1.2 零價鐵對產(chǎn)氣量、產(chǎn)甲烷量的影響48-49
• 4.2 出水VFAs濃度變化及出水含氧有機物含量對比49-52
• 4.2.1 出水VFAs濃度變化49-51
• 4.2.2 出水含氧有機物含量對比51-52
• 4.3 零價鐵對厭氧污泥EPS的影響52-56
• 4.3.1 EPS的三維熒光光譜分析53-55
• 4.3.2 EPS組成成分變化55-56
• 4.4 零價鐵對厭氧污泥顆�；M程的影響56-62
• 4.4.1 厭氧污泥細胞疏水性和Zeta電位56-59
• 4.4.2 厭氧污泥外觀特性59-62
• 4.5 厭氧污泥中不同形態(tài)鐵的分布62-63
• 4.6 本章小結(jié)63-65
• 第5章 零價鐵對厭氧消化產(chǎn)甲烷菌的影響65-75
• 5.1 零價鐵對厭氧污泥中輔酶F_(420)和F_(430)含量的影響65-68
• 5.1.1 零價鐵對F_(420)含量的影響65-67
• 5.1.2 零價鐵對F_(430)含量的影響67-68
• 5.2 厭氧污泥紅外光譜分析68-71
• 5.3 零價鐵對厭氧微生物多樣性和豐度的影響71-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論75-77
• 參考文獻77-83
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其他成果83-85
• 致謝85

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本文編號：830417