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EGSB-MBR-臭氧工艺处理竹制品废水研究

作　者: 杨治中
导　师: 田光明；吴东雷
学　校: 浙江大学
专　业: 环境工程
关键词: 竹制品废水铜离子 EGSB反应器 MBR反应器臭氧
分类号: X798
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来,随着竹材料从生产和生活用材向工业用材的转变,竹产品加工企业犹如雨后春笋迅速发展,在给区域经济发展带来活力的同时,其工艺所产生的大量竹制品工业废水也给周围的生态环境带来了巨大的挑战。因此,对竹制品产业产生的废水进行集中有效的处理和处置已刻不容缓。本文根据竹制品废水的特性,在查阅同类型工业废水处理工艺和厌氧静态试验的基础上,设计了厌氧污泥膨胀床(EGSB)-膜生物反应器(MBR)-臭氧工艺处理竹制品废水。主要考察了厌氧生物降解竹制品废水的可行性和铜离子抑制作用及动力学参数,研究了EGSB、MBR和臭氧工序各参数的影响和优化,并对EGSB反应器中的厌氧微生物进行了环境电镜扫描。此外,深入研究了臭氧氧化前后废水中主要污染物成分及其分子量分布的情况,主要取得如下结果：1.厌氧静态试验主要选取典型的竹制品废水作为研究对象,通过史式发酵管收集所产生的甲烷气体,并对累计产甲烷量采用修正的Gompertz进行拟合,考察了竹制品废水的生物降解性和铜离子抑制作用及动力学特性。结果表明：厌氧法处理竹制品废水是可行的,厌氧微生物的适应时间会随着废水中COD浓度的增大而延长。COD浓度为22 780 mg L-1时,其产甲烷速率Rm值和比产甲烷活性SMA均达到最大值,分别为2.8 ml h-1和2.38 ml CH4 (gvss)-1 h-1。Gompertz模型拟合结果证实,Cu(Ⅱ)对微生物的活性表现为低浓度促进,高浓度抑制。Cu(Ⅱ)浓度为5 mg L-1时,对微生物表现为促进作用；当Cu(Ⅱ)浓度低于200 mg L-1时,经过一定时间适应后Cu(Ⅱ)对微生物基本不产生抑制作用,超过此值时, Cu(Ⅱ)抑制作用明显；Cu(Ⅱ)浓度达到300 mg L-1时,产甲烷活动停止,厌氧菌活性被完全抑制。通过线性拟合得出Cu(Ⅱ)的IC50值为183 mg L--,对应的单位污泥Cu(Ⅱ)含量为156mgCu(Ⅱ)(gvss)-1。2.EGSB反应器处理竹制品废水的研究,主要考察了反应器的启动,进水pH和有机负荷(OLR)对反应器的影响,以及反应器内微生物性状。结果表明：进水pH控制在7.0-7.2之间,通过同时增加进水COD浓度和进水量使OLR从0.48增大到5.0kgCOD m-3 d-1,经过40天的调试运行能够使EGSB反应器成功启动。此时,EGSB反应器对COD的去除率保持在90%,出水pH、VFA、TA和VFATA-1各指标稳定。OLR对EGSB反应器的影响较pH要大。最佳进水pH和OLR分别在4.5-5.5和3.5-5.5 kg COD m-3-1之间,在此条件下,反应器稳定运行,COD去除率稳定在85%-90%之间,产气量稳定,出水各指标均正常。EGSB反应器内污泥外观呈圆球形细小颗粒,表面光滑,颜色呈黑亮色,取出后发现污泥堆内不时有细小气包冒出。ESEM图像表明,接种后污泥内部的主要菌群为球状菌,接种前的杆菌基本消失,而且菌群的密度较接种前大大增加。3.MBR反应器处理厌氧出水的研究,主要考察了水力停留时间(HRT)对反应器去除效果和膜污染的影响。结果表明：在进水COD浓度为2000-2500 mgL-1,抽停时间比为3 min：1 min的条件下,控制HRT=24 h时,MBR反应器运行稳定,厌氧出水的平均COD去除率最高为75%,跨膜压差(TMP)在1.5-2.0kPa之间。当膜通量达到40 L m-2 h-1(HRT=18 h)时,TMP迅速增大到3.5 kPa,超过允许值3.0 kPa,此时膜已被严重污染,即使清洗后再运行,TMP值也很快超过允许值。4.臭氧氧化深度处理的研究,主要考察了臭氧流量和废水起始COD浓度对臭氧氧化的影响,研究了臭氧氧化前后废水中主要污染物成分及其分子量分布的情况。结果表明：臭氧氧化深度处理竹制品废水表现出良好的色度、COD和TOC去除效果。当废水起始COD-835 mg L-1,臭氧量为60 L h-1(3.15 g h-1)时,经过25 min的臭氧氧化,废水色度、COD和TOC的去除率分别为95%,56%和39.9%。凝胶渗透色谱(GPC)图像表明,臭氧主要是将大分子有机物氧化成小分子有机物,并不能彻底矿化废水中有机物。苯、酯和噻唑类衍生物是竹制品废水经过厌氧-好氧处理后的主要污染物；臭氧氧化竹制品废水后的主要产物和副产物为酯类衍生物,硬脂酸甲酯、二苯甲酮和a-香附酮也均是臭氧深度氧化竹制品废水的副产物。此外,臭氧氧化后并没有检测到原水中的氰化物。5. EGSB-MBR-臭氧工艺可去除竹制品废水中97-99%的COD,出水COD稳定在200-750 mg L-1。按照日处理300 t,进水COD为20000 mg L-1设计,若每年运行330天,则该工艺平均每年能够削减COD 1.98×106kg。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
ABSTRACT  8-11
目录  11-14
第一章绪论  14-25
  1.1 竹制品废水污染现状及处理技术  14-17
    1.1.1 竹制品废水的来源与性质  14-15
    1.1.2 竹制品废水的污染现状  15-16
    1.1.3 竹制品废水处理技术国内外研究进展  16-17
  1.2 EGSB反应器的结构、特点和应用  17-20
    1.2.1 EGSB反应器的结构与特点  17-18
    1.2.2 EGSB反应器处理工业废水的应用  18-20
  1.3 MBR反应器的结构、特点和应用  20-22
    1.3.1 MBR反应器的结构与特点  20-21
    1.3.2 MBR反应器处理工业废水的应用  21-22
  1.4 臭氧氧化的原理、特点和应用  22-23
    1.4.1 臭氧氧化的原理与特点  22-23
    1.4.2 臭氧处理工业废水的应用  23
  1.5 本论文研究的目的与内容  23-25
    1.5.1 研究目的  24
    1.5.2 研究内容  24-25
第二章竹制品废水的生物降解性及其Cu(Ⅱ)的毒性研究  25-36
  2.1 试验材料与方法  25-27
    2.1.1 试验废水与污泥  25-26
    2.1.2 试验方法  26
    2.1.3 样品的采集与分析  26-27
    2.1.4 动力学模型描述  27
    2.1.5 统计与分析  27
  2.2 试验结果与讨论  27-34
    2.2.1 有机物的生物降解  27-30
    2.2.2 Cu(Ⅱ)浓度对累积产甲烷量影响  30-31
    2.2.3 Cu(Ⅱ)抑制的恢复性和半抑制浓度(IC_(50))  31-34
  2.3 本章小结  34-36
第三章 EGSB反应器处理竹制品废水的启动与运行条件研究  36-46
  3.1 试验材料与方法  36-39
    3.1.1 试验材料  36-37
    3.1.2 试验方法  37-38
    3.1.3 样品的采集与分析  38
    3.1.4 试验仪器与药品  38-39
    3.1.5 统计与分析  39
  3.2 试验结果与讨论  39-44
    3.2.1 EGSB反应器的启动  41-42
    3.2.2 进水pH的影响  42-43
    3.2.3 OLR的影响  43
    3.2.4 EGSB反应器内污泥性状  43-44
  3.3 本章小结  44-46
第四章 MBR反应器处理厌氧出水的研究  46-52
  4.1 试验材料与方法  46-48
    4.1.1 试验材料  46-47
    4.1.2 试验方法  47-48
    4.1.3 样品的采集与分析  48
    4.1.4 试验仪器与药品  48
    4.1.5 统计与分析  48
  4.2 试验结果与讨论  48-50
    4.2.1 HRT对COD的去除效果的影响  48-49
    4.2.2 不同HRT下的膜污染情况  49-50
  4.3 本章小结  50-52
第五章臭氧氧化深度处理的研究  52-64
  5.1 试验材料与方法  52-54
    5.1.1 试验废水与装置  52-53
    5.1.2 试验方法  53
    5.1.3 样品的采集与分析  53-54
    5.1.4 试验仪器与药品  54
    5.1.5 统计与分析  54
  5.2 试验结果与讨论  54-63
    5.2.1 臭氧流量对COD和色度去除的影响  54-56
    5.2.2 起始COD浓度对臭氧氧化效果的影响  56-59
    5.2.3 臭氧对废水中TOC的去除情况  59
    5.2.4 臭氧氧化产物分子量的分布  59-61
    5.2.5 GC-MS结果分析  61-63
  5.3 本章小结  63-64
第六章结论与展望  64-67
  6.1 结论  64-66
    6.1.1 竹制品废水的生物降解性及其Cu(Ⅱ)的毒性研究  64
    6.1.2 EGSB反应器处理竹制品废水的研究  64-65
    6.1.3 MBR反应器处理厌氧出水的研究  65
    6.1.4 臭氧氧化深度处理的研究  65
    6.1.5 EGSB-MBR-臭氧工艺的总结  65-66
  6.2 展望  66-67
参考文献  67-80
作者简历  80
硕士期间发论文和专利情况  80

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