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纺织印染行业是我国传统支柱产业之一,如以吴江盛泽为代表的纺织重镇已达千亿能级。作为世界上纺织印染行业的领军者,我国对染料有着较大需求。在染料的生产和使用过程中会有大量的废水产生,已成为目前世界上水污染的主要来源之一。据2017年中国水网的报道, 2009~2014年期间,我国每年纺织印染废水排放量约20~23亿吨,而其中偶氮染料废水占比高达60%~70%。偶氮染料废水直接排放至水体,不仅会降低透明度,阻碍植物光合作用,引起水体的溶解氧浓度下降,而且还会分解产生多种芳香胺类具有毒性和致癌性的产物,直接危害动植物和人类的健康。因此,废水中偶氮染料的有效治理势在必行。目前,厌氧生物处理是处理偶氮染料废水较为经济的方式,但其效率较低。因此,探究提高偶氮染料废水厌氧生物降解效率的方式十分必要。
本文以偶氮染料废水为研究对象,探明了能够强化其厌氧生物降解的方式,并对偶氮染料废水厌氧生物降解的运行特性进行了研究。本论文得到的主要结论如下:
(1) 偶氮染料废水厌氧生物降解单因素强化研究:
a、获得了强化偶氮染料废水厌氧生物降解的方式。通过给厌氧反应体系提供适量的电子供体或者氧化还原介体均能达到有效强化偶氮染料废水厌氧生物降解的效果:向反应体系内投加浓度为300mg/L葡萄糖作为电子供体可将偶氮染料废水的厌氧生物降解的脱色率由5.59%提升至53.35%;向反应体系内分别投加浓度为200μmol/L蒽醌-2,6-二磺酸钠钠盐(AQDS)和0.6g/L活性炭作为氧化还原介体时,可将偶氮染料废水的厌氧生物降解的脱色率由5.59%分别提升至34.59%和35.26%。
b、 实现了AQDS的固定化。投加经壳聚糖固定化的AQDS,在反应进行了72h后,反应体系的脱色率为33.84%,可达到空白试验组脱色率5.56%的6倍以上(相同条件下,投加溶解态的AQDS,反应体系的脱色率为34.59%)。
(2) 偶氮染料废水厌氧生物降解双因素强化研究:
电子供体及氧化还原介体对偶氮染料废水的厌氧生物降解强化具有协同作用。单独投加300mg/L的葡萄糖时废水的最终脱色率为53.35%,单独投加300μmol/L的AQDS时废水的最终脱色率为11.94%,而300mg/L的葡萄糖与300μmol/L的AQDS共同加入到厌氧反应体系时,废水的最终脱色率可提升至63.25%。
(3) 偶氮染料废水厌氧生物降解运行特性研究:
a、固定态AQDS能够增强偶氮染料废水厌氧生物降解体系对偶氮染料的耐受浓度,从而提升厌氧反应器效能。在进水中葡萄糖浓度为2000mg/L,水力停留时间为24h的条件下,投加固定态AQDS可将螺旋对称流厌氧反应器(SSSAB)系统(反应器Ⅰ)对偶氮染料的耐受浓度由150mg/L提升至250mg/L(增长率66.67%),COD去除率可达85%以上,偶氮染料去除率可达92%以上[未投加固定态AQDS的对照SSSAB(反应器Ⅱ)的COD去除率仅为74%左右,偶氮染料去除率仅为80%左右]。
b、投加固定态AQDS的SSSAB系统运行稳定性更强。在各个运行阶段(水力停留时间缩短期、葡萄糖浓度提升期、染料浓度提升期),反应器Ⅰ内部混合液的VSS/SS值均高于反应器Ⅱ(前者各阶段的VSS/SS分别为:0.829、0.866、0.883;后者则分别为:0.818、0.845、0.818)。进水中染料由100mg/L提升至150mg/L后,反应器Ⅰ的脱色率由96.52%下降至91.14%,7天后又恢复至95%以上;反应器Ⅱ的脱色率由92.54%降至85.56%,7天后仅恢复至87%,未能恢复到水质变化前的状态。
本文以偶氮染料废水为研究对象,探明了能够强化其厌氧生物降解的方式,并对偶氮染料废水厌氧生物降解的运行特性进行了研究。本论文得到的主要结论如下:
(1) 偶氮染料废水厌氧生物降解单因素强化研究:
a、获得了强化偶氮染料废水厌氧生物降解的方式。通过给厌氧反应体系提供适量的电子供体或者氧化还原介体均能达到有效强化偶氮染料废水厌氧生物降解的效果:向反应体系内投加浓度为300mg/L葡萄糖作为电子供体可将偶氮染料废水的厌氧生物降解的脱色率由5.59%提升至53.35%;向反应体系内分别投加浓度为200μmol/L蒽醌-2,6-二磺酸钠钠盐(AQDS)和0.6g/L活性炭作为氧化还原介体时,可将偶氮染料废水的厌氧生物降解的脱色率由5.59%分别提升至34.59%和35.26%。
b、 实现了AQDS的固定化。投加经壳聚糖固定化的AQDS,在反应进行了72h后,反应体系的脱色率为33.84%,可达到空白试验组脱色率5.56%的6倍以上(相同条件下,投加溶解态的AQDS,反应体系的脱色率为34.59%)。
(2) 偶氮染料废水厌氧生物降解双因素强化研究:
电子供体及氧化还原介体对偶氮染料废水的厌氧生物降解强化具有协同作用。单独投加300mg/L的葡萄糖时废水的最终脱色率为53.35%,单独投加300μmol/L的AQDS时废水的最终脱色率为11.94%,而300mg/L的葡萄糖与300μmol/L的AQDS共同加入到厌氧反应体系时,废水的最终脱色率可提升至63.25%。
(3) 偶氮染料废水厌氧生物降解运行特性研究:
a、固定态AQDS能够增强偶氮染料废水厌氧生物降解体系对偶氮染料的耐受浓度,从而提升厌氧反应器效能。在进水中葡萄糖浓度为2000mg/L,水力停留时间为24h的条件下,投加固定态AQDS可将螺旋对称流厌氧反应器(SSSAB)系统(反应器Ⅰ)对偶氮染料的耐受浓度由150mg/L提升至250mg/L(增长率66.67%),COD去除率可达85%以上,偶氮染料去除率可达92%以上[未投加固定态AQDS的对照SSSAB(反应器Ⅱ)的COD去除率仅为74%左右,偶氮染料去除率仅为80%左右]。
b、投加固定态AQDS的SSSAB系统运行稳定性更强。在各个运行阶段(水力停留时间缩短期、葡萄糖浓度提升期、染料浓度提升期),反应器Ⅰ内部混合液的VSS/SS值均高于反应器Ⅱ(前者各阶段的VSS/SS分别为:0.829、0.866、0.883;后者则分别为:0.818、0.845、0.818)。进水中染料由100mg/L提升至150mg/L后,反应器Ⅰ的脱色率由96.52%下降至91.14%,7天后又恢复至95%以上;反应器Ⅱ的脱色率由92.54%降至85.56%,7天后仅恢复至87%,未能恢复到水质变化前的状态。