ABS树脂废水同步除碳脱氮生物处理技术研究

摘要

ABS树脂是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯构成的共聚物,是一种常用的高分子有机材料,为五大通用树脂之一。ABS树脂拥有良好的耐热性、易加工性、耐腐蚀性、较好的成型面及电学特性,并且具有高韧性、耐温差性能,同时保留了聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯与聚丁二烯(PB)的突出特点,在家用电器、仪表、汽车工业、通讯配件及日常用品领域应用广泛。近年来,ABS树脂在国内的需求呈现快速增长的趋势,我国已经成为世界最大的 ABS树脂生产和消费国家之一,而国内的 ABS树脂生产厂均很难满足旺盛的市场需求,在市场强有力需求的推动下,ABS树脂产量不断提高,ABS树脂废水治理问题日益突出。
　　ABS树脂废水有机物含量高,还含有大量的有机腈类和芳香类有毒化合物,而且其中混有胶乳、树脂粉料等固体或胶乳物质,是比较典型的高有机氮有毒有机工业废水。目前,应用较多的 ABS树脂废水处理技术是混凝气浮-生物处理工艺:由混凝气浮去除废水中的胶乳及粉料,保证后续生物处理系统的稳定运行;再通过生物法,处理去除废水中的水溶性的污染物质。现有的 ABS树脂废水生物处理工艺多存在处理单元多、停留时间长等缺点。由于 ABS树脂废水中的有机物大部分可被驯化后的污泥降解,因此以生化处理工艺为主体处理 ABS树脂废水从原理上具有可行性。因此本文旨在针对ABS树脂废水的特点,开发流程简单、运行稳定的生物处理技术,研究各工艺条件的影响,并对工艺进行优化。
　　本文以 ABS树脂废水混凝气浮出水为研究对象,考察了废水污染物组成的变化特征,采用循环流一体式生物反应器进行处理,在完成反应器污泥驯化的基础上,考察进水碱度调节前后反应器对废水有机物及氮的去除情况,获得高效除碳脱氮的碱度条件。通过逐步缩短反应器水力停留时间,提高反应器处理负荷,考察不同停留时间下反应器对废水有机物及氮的去除情况,获得适合ABS废水高负荷除碳脱氮的水力停留时间。主要通过控制曝气量、增加缺氧段、降低反应器内的循环流速、投加碳源等方式强化反应器的反硝化效果,评价不同措施对反应器除碳脱氮效果的影响,获得反应器反硝化强化的技术途径。通过扫描电子显微镜、荧光原位杂交等技术,对反应器内活性污泥微生物的形态以及脱氮细菌的种群特征进行初步研究,考察反应器运行条件对微生物种群结构的影响,为反应器的进一步优化提供依据。得出的主要结论有:
　　ABS树脂生产废水混凝气浮出水为典型的高含氮有机废水,采用循环流一体式生物反应器处理ABS树脂生产废水,在HRT为24 h,进水COD浓度在800-1000 mg/L时,单级反应器COD去除率能达到88％以上,有机氮去除率达到99%以上,出水COD均能达到80 mg/L以下,达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)二级标准,GC-MS及三维荧光光谱结果表明,ABS树脂废水中的有机腈和芳香族有机物可得到有效去除。出水水质稳定,耐冲击能力强,工艺流程较传统工艺简单。
　　进水碱度和反应器 HRT对氨氮去除过程具有显著影响。进水碱度达到300-450mg/L(CaCO3)时,反应区pH可保持在6.8-7.5之间,HRT为24h以上时,DO1~5mg/L时,出水氨氮稳定在5mg/L以下,达到国家污水综合排放一级标准。
　　DO浓度对反应器脱氮效果具有决定性影响。在反应器内设置缺氧区和降低好氧区溶解氧浓度均可显著强化反应器的反硝化效果,提高TN去除率。当反应器内溶解氧控制较好时(好氧段0.4-0.7mg/L,缺氧段0.06-0.2mg/L),可保证反应器TN去除率在60%以上,显著高于反应器好氧运行条件下的29%~40%。好氧区溶解氧浓度对出水氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮浓度具有显著影响,溶解氧浓度升高,氨氮和亚硝酸盐氮浓度降低,而硝酸盐氮浓度升高,反之亦然。
　　扫描电镜分析结果表明,反应器内活性污泥微生物相较为接近:活性污泥絮体较为密实,丝状菌很少,微生物以杆菌和球菌为主。荧光原位杂交分析结果表明,反应器内活性污泥微生物以细菌为主,氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌均占较高的比例。当反应器好氧段溶解氧浓度较低时,反应器出水氨氮浓度较高,但荧光原位杂交结果表明该条件下并非反应器中缺乏氨氧化菌,而是反应器内的DO浓度等条件不适合氨氧化反应的进行。

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1 绪论

1.1 ABS树脂废水水质特点及处理技术研究现状

1.2废水生物脱氮技术研究及应用现状

1.3研究目的与内容

2 ABS树脂废水混凝气浮出水有机物和氮的组成特征研究

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.3 废水COD的浓度的变化特征

2.4 废水氮浓度的变化特征

2.3 小结

3进水碱度对循环流一体式生物反应器处理ABS树脂废水的影响

3.1 前言

3.2 材料与方法

3.3 进水浓度和碱度对COD去除的影响

3.4 进水浓度和碱度对有机氮去除的影响

3.5 进水碱度对氨氮去除的影响

3.6进水碱度对硝酸盐氮去除的影响

3.7 进水碱度对亚硝酸盐氮去除的影响

3.8 进水碱度对总氮去除的影响

4 水力停留时间对循环流一体式生物反应器处理ABS树脂废水的影响

4.1 前言

4.2 材料与方法

4.3 HRT对COD去除的影响

4.4 HRT对脱氮过程的影响

4.5 不同HRT下的氮的组成

4.6 特征有机物的去除效果

4.7 对混合液污泥浓度的影响

4.8 小结

5 循环流一体式生物反应器反硝化强化研究

5.1 前言

5.2 材料与方法

5.3 不同强化措施对DO的影响

5.4 不同强化措施对COD去除的影响

5.5 不同强化措施对TN去除的影响

5.6 不同强化措施对氨氮去除的影响

5.7 不同强化措施对硝酸盐氮去除的影响

5.8 不同强化措施对亚硝酸盐氮去除的影响

5.9 不同强化措施对有机氮去除的影响

5.10 小结

6 ABS树脂废水循环流一体式生物反应器污泥微生物形态及种群研究

6.1 前言

6.2 材料与方法

6.3 活性污泥微生物相分析

6.4 活性污泥功能微生物分析

6.5 小结

7 结论与建议

7.1 结论

7.2建议

致谢

参考文献