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己内酰胺(caprolactam)是一种常见的化工原料,工业用途广泛。己内酰胺具有低毒性,长期接触可使人出现头昏头痛、乏力等症状。当前国内外主要采用回收法、萃取法、电解法、生物法和膜法等处理己内酰胺废水,各法普遍存在能耗偏高、成本高、反应条件苛刻、产生二次污染等问题,需探索高效而又经济的己内酰胺废水处理方法。此外己内酰胺降解过程会释放氨氮到水体中,采用有效的生物脱氮工艺去除其降解过程产生的氮素,有效控制氮的排放对己内酰胺废水处理同样具有重要意义。本研究先后采用序批式和驯化实验分析己内酰胺的去除效果,并以零价铁可强化活性污泥微生物活性为切入点,考察零价铁对序批式和驯化实验己内酰胺降解过程中生物脱氮反应的效果影响;并深入开展零价铁强化生物脱氮反应的实验研究,探究反应初始pH、C/N和DO对生物脱氮反应的效果影响,得到最优反应条件。在此基础上,验证零价铁对生物脱氮的强化作用,并分别从微生物的同化作用、同步硝化反硝化作用、脱氮关键酶活性等角度深入探究零价铁生物脱氮反应的总氮去除贡献机制。最后结合生产实际,对浙江某厂实际己内酰胺生产过程中产生的多种废水进行小试处理,以期出水COD可达到该厂所在化工园区的纳管标准。得到的主要结论如下:(1)序批式实验采用O/A/O工艺可有效去除己内酰胺,去除率为100%,COD去除率为84.9%,出水氨氮浓度为8 mg/L,总氮浓度为41.2 mg/L,在己内酰胺完全降解的出水中引入零价铁后出水的总氮浓度可降至30 mg/L,而不投加零价铁的体系出水总氮浓度无变化。(2)驯化实验发现活性污泥经驯化后仅通过好氧反应可降解处于较高浓度水平的己内酰胺,其中未引入零价铁的体系出水总氮浓度为37.3 mg/L,引入零价铁的体系出水总氮浓度为20.2 mg/L,总氮浓度明显降低。(3)零价铁强化生物脱氮反应实验的最优反应条件:反应初始pH为8,C/N为14,DO为1.8 mg/L,反应时间为6 h,氨氮的出水浓度小于5 mg/L,总氮的出水浓度约为11.5 mg/L,总氮去除率为53%;此反应过程中亚硝酸盐氮的产生浓度很低,体系具有良好的生物脱氮效果。(4)零价铁强化生物脱氮反应的活性污泥颜色呈砖红色,污泥含铁量上升;污泥沉降指数处于50~100的正常范围,污泥沉降性能无较大改变;污泥比表面积增大、体积平均径减小;镜检发现引入零价铁的活性污泥中的微生物相丰富,有短杆菌和球菌,污泥的絮体结构更为密实。(5)零价铁强化生物脱氮反应机理探究实验排除了零价铁的化学作用及活性污泥中微生物的同化作用对生物脱氮的贡献,证明了引入零价铁驯化的活性污泥具有同步硝化反硝化作用,从而增强生物脱氮效果,同时测得引入零价铁驯化的活性污泥的四种生物脱氮关键酶AMO、NXR、NAR和NIR的酶活性分别为未引入零价铁驯化的活性污泥的1.23倍、1.53倍、3.6倍、1.55倍。其中NAR酶作为微生物反硝化过程的关键酶,可有效还原降解硝酸盐氮,这与反应过程中硝酸盐氮浓度降低的实验现象相符。(6)采用铁碳微电解—O/A/O组合工艺对浙江某厂己内酰胺生产过程产生的多股废水进行混合处理,结果表明,COD去除率高达89.3%,出水稳定低于COD≤500 mg/L的间接排放标准,同时处理后出水基本不含目标污染物己内酰胺。