论文部分内容阅读
氯酚类化合物(Chlorophenols Compounds,CPs)是一类常见的有机化合物,化学性质稳定,主要来自炼油、塑料加工、农药生产等化工行业。CPs在自然环境中不易被微生物降解,会对水体、土壤造成极大的危害;且自身有很强的毒性,可通过食物链在生物体内富集,对生物体活性和人类健康造成严重损害,被我国及美国等列入优先控制污染物。基于国内外目前对生物电化学系统(BES)和厌氧生物技术的研究,本课题以2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)为研究对象,将BES系统和传统厌氧反应器结合,构建了微生物电解池—完全混合间歇式反应器耦(microbial electrolysis cell-completely mixed batch reactor,缩写 MEC-CMB)耦合系统,驯化具有降解2,4-DCP能力的厌氧污泥,阳极采用镀钌铱钛网,阴极采用碳布,研究了外加电压、2,4-DCP初始浓度对系统降解2,4-DCP效率的影响及降解机理,得到如下结论:2,4-DCP对微生物具有生物抑制作用,通过2,4-DCP驯化,可培养污泥逐渐适应含有2,4-DCP的废水环境,并具有可降解2,4-DCP的能力;多因素实验结果表明,该耦合系统在外加电压1.4 V,2,4-DCP初始浓度为10 mg.L-1的条件下,反应24 h,2,4-DCP的降解率可达到75.9%,较单一CMB反应器提升了 25.87%;对低浓度2,4-DCP均有较好的处理效果;利用HPLC、HPLC-MS-MS等手段分析EMC-CMB系统出水水样,发现2,4-DCP的降解中间产物主要有:邻氯酚、苯酚、对苯醌、丁二酸等。降解主要途径为2,4-DCP→二氯酚→苯酚→对苯醌→丁二酸→丙二酸→CO2+H2O。本课题另构建了 BES-上流式生物流化床(BES-Upflow Anaerobic Sludge Blanket,缩写 BES-UASB)耦合系统,以不锈钢网-碳布为阴极,不锈钢网为阳极,将阴极材料水平放置在UASB反应区,平行放置2块,将阳极材料水平放置在污泥沉降区,平行放置2块。以葡萄糖为碳源,培养和驯化厌氧颗粒污泥,培养阶段,考察了电刺激对颗粒污泥形成的影响;在驯化阶段,记录了驯化过程对COD及2,4-DCP的降解性能的变化;在反应器稳定运行阶段,研究了外加电压、水力停留时间(HRT)对系统降解性能的影响,得到如下结论:持续较小强度的电刺激,对厌氧颗粒污泥的形成不构成影响;保持0.5 V外加电压,逐步提升进水COD浓度从3000 mg.L-1到6000 mg.L-1,提升进水2,4-DCP浓度从0至40 mg·L-1,驯化颗粒污泥,在驯化过程中发现:随着驯化时间的延长,该耦合系统内污泥浓度增高,降解有机物的速率增加,对2,4-DCP的降解速率提升了 7.7倍;在初始条件为COD 6000 mg·L-1,2,4-DCP浓度40 mg·L-1的情况下,改变外加电压和HRT,结果表明:当外加电压为1.2 V、水力停留时间(HRT)为72 h时,该耦合系统具有最高的COD去除率和2,4-DCP降解效率。