EGSB-好氧组合工艺处理腈纶废水试验研究

论文摘要

随着经济的发展,化工废水对环境的污染加剧,化工产品生产过程中排放的大多都是结构复杂、有毒有害和生物难以降解的有机物污染物质,处理的难度大。腈纶废水就属于其中的一种。腈纶废水主要含有低聚物（PAN和AN）、SCN-和CN-。其中,低聚物不易生物降解,而CN-具有生物毒性。由于腈纶废水的特殊性,使得现有的腈纶废水处理工艺都很难达到国家二级排放标准,给腈纶废水排放地区造成了严重的环境污染和很大的环境压力。为了解决这一问题,提出了EGSB—好氧组合工艺,并研究其运行参数及影响因素。首先,研究厌氧膨胀颗粒污泥床（Expanded granule sludge bed,EGSB）在不同温度条件及水质条件下的运行特性及其影响因素,并确定相应的运行参数。在中温（3135℃）条件下,EGSB处理COD浓度为4005000mg/L的易降解废水的去除率达到95%以上。对于低浓度废水（400mg/L）,宜采用较低的HRT,以提高污泥负荷,增加微生物的营养基质浓度;对于高浓度废水（>3000mg/L）,HRT可采用10h,既可以保证COD去除率,又可以提高EGSB的效率。在低温（≤20℃）条件下,EGSB运行稳定、有效,适应期为20d,COD去除率可达93%以上,只是出水VFA浓度略高（4.0mmol/L）。EGSB处理有毒废水需要驯化反应器内的颗粒污泥。处理腈纶废水的驯化时间达3个月,主要是由于废水中所含毒性物质（CN-）的影响。适当延长驯化时间,可提高产甲烷菌和产酸菌的耐受度。EGSB对腈纶废水的处理效率为3550%,其主要作用是改善腈纶废水的可生化性,将腈纶废水的B/C比由0.2以下提高到0.4以上,有利于后续的好氧处理工艺正常、有效的运行。研究了悬浮载体流化床（Suspended carrier expanded bed,SCEB）处理腈纶废水的特点。处理含毒性基质的悬浮载体膨胀床,采用连续流直接挂膜法更容易在载体上形成处理相应水质的优势微生物,而且所需时间较短。悬浮载体膨胀床中的污泥浓度宜保持在4g/L以下,可以使生物膜和活性污泥共同发挥作用,去除水中的污染物。若超过此浓度,由于对营养基质的竞争,易导致生物膜脱落。控制曝气强度和水力停留时间,可以在悬浮载体膨胀床内形成好氧小颗粒污泥。颗粒的粒径为289464μm,沉速为414m/h。有利于提高悬浮载体膨胀床内污泥浓度和沉降比,避免了污泥膨胀的发生。悬浮载体膨胀床处理腈纶废水的COD去除率可达40%以上。生物活性炭反应器（Biological active carbon reactor,BACR）对腈纶废水的处理,是先通过活性炭吸附;然后,再通过微生物降解实现的。生物活性炭的最佳活性炭容积负荷为1.2kgCOD/m3·d;水力停留时间为12小时,COD去除率高于50%。通过对EGSB-SCEB-BACR工艺的各反应器微生物的分析、鉴定,研究了组合工艺的微生物特点。由于腈纶废水水质的影响,EGSB污泥浓度低,颗粒污泥的性状差;主要发挥作用的是产酸菌群,产甲烷菌受到抑制。SCEB反应器中可形成沉淀性能良好的棕红色污泥。SCEB和BACR中微生物种类较多,形成了较长的生物链,有利于基质的降解。采用分子生物学技术（DGGE）,分析了3个反应器内微生物的相关性、种群,并鉴定出了其中的10个菌种。这些菌种的发现为将来培养处理腈纶废水的工程菌提供了依据。利用理论公式和试验数据,采用FORTRAN进行计算和曲线拟合,获得了不同温度稳定运行时的EGSB中产酸菌和产甲烷菌的基质降解动力学模型,为EGSB的运行提供了理论指导。本论文的研究成果对于EGSB的工程应用,具有重要的理论和实践意义。研究的EGSB-SCEB-BACR工艺,对于大庆腈纶厂污水处理系统的改造具有应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 水资源短缺
• 1.1.2 水环境污染
• 1.1.3 我国化工行业水污染现状
• 1.2 国内外EGSB 的研究及应用现状
• 1.2.1 EGSB 的工艺特点
• 1.2.2 EGSB 在中温条件下处理废水的研究状况
• 1.2.3 EGSB 在低温条件下处理废水的研究状况
• 1.2.4 EGSB 处理难降解、有毒废水的研究状况
• 1.3 悬浮载体膨胀床在污水处理中的应用
• 1.3.1 载体的选择
• 1.3.2 悬浮载体膨胀床的研究现状
• 1.4 活性炭在水处理中的应用
• 1.4.1 活性炭的性质
• 1.4.2 活性炭的作用
• 1.5 课题来源
• 1.6 课题研究目的意义及内容
• 1.6.1 课题研究目的意义
• 1.6.2 课题研究内容
• 第2章 试验装置和检测方法
• 2.1 大庆腈纶厂的水质特点、现有工艺、处理情况
• 2.1.1 大庆腈纶厂的水质特点
• 2.1.2 大庆腈纶厂的现有工艺
• 2.1.3 大庆腈纶厂的处理情况
• 2.1.4 大庆水气厂污水处理情况
• 2.2 大庆腈纶厂污水处理方案的初步确定
• 2.3 试验装置
• 2.3.1 试验的工艺流程
• 2.3.2 试验设备
• 2.3.3 运行条件
• 2.4 分析项目和测试方法
• 2.4.1 化学试验部分
• 2.4.2 PCR-DGGE 生物试验部分
• 第3章 组合工艺的运行特性研究
• 3.1 EGSB 的运行特性
• 3.1.1 中温条件下，EGSB 的运行特性
• 3.1.2 低温条件下，EGSB 的运行特性
• 3.1.3 EGSB 内颗粒污泥的驯化
• 3.2 好氧工艺的运行特征
• 3.2.1 悬浮载体膨胀床
• 3.2.2 生物活性炭反应器
• 3.3 试验工艺流程参数的确定
• 3.4 本章小结
• 第4章 组合工艺的处理效能及影响因素
• 4.1 COD 去除率
• 4.1.1 组合工艺的COD 浓度变化
• 4.1.2 组合工艺各反应器的COD 去除率
• 4.2 氮的转化及去除率
• 4.2.1 氨氮的去除
• 4.2.2 硝酸盐氮的去除
• 4.2.3 亚硝酸盐氮的去除
• 4.2.4 PAN 的生物降解过程
• 4.3 组合工艺运行的影响因素
• 4.3.1 工艺运行中pH 值的变化
• 4.3.2 工艺运行的有机负荷
• 4.3.3 工艺运行中温度的变化
• 4.3.4 HRT 对工艺运行的影响
• 4.3.5 营养物质及毒性物质对工艺运行的影响
• 4.3.6 溶解氧对好氧工艺运行的影响
• 4.4 组合工艺的出水水质状况
• 4.5 本章小结
• 第5章 组合工艺的微生物特点及EGSB 动力学模型
• 5.1 组合工艺的微生物特点
• 5.1.1 EGSB 颗粒污泥的特点
• 5.1.2 悬浮载体膨胀床的微生物特点
• 5.1.3 生物活性炭的微生物特点
• 5.1.4 组合工艺的微生物DGGE
• 5.2 EGSB 基质降解动力学
• 5.2.1 中温条件下的基质降解动力学
• 5.2.2 低温条件下的基质降解动力学
• 5.2.3 腈纶废水的降解动力学
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历