光生物转盘—好氧移动床生物膜工艺处理染料废水的研究

摘要

偶氮染料废水因其有机污染物含量高、色度高、碱性大，难生物降解等特点，难以采用传统的方法进行处理。目前对偶氮染料废水处理较广泛的工艺是厌氧-好氧组合工艺，但存在厌氧段水力停留时间长、COD去除效果差和好氧段芳香胺去除效果不理想等问题。针对这些问题，本文自主开发了厌氧光生物转盘-好氧移动床（MBBR）组合工艺，研究了光生物转盘厌氧降解偶氮染料废水的影响因素和动力学以及介体对偶氮染料废水脱色的强化作用。
　　论文首先研究了厌氧光生物转盘-好氧 MBBR工艺对偶氮染料废水的处理效果。考察了光照时间、染料浓度、水力停留时间、共基质底物浓度及氧气条件对组合工艺处理染料废水色度去除和COD去除的影响。光生物转盘启动过程中投加了经过染料废水驯化的光合细菌，好氧MBBR启动采取快速排泥法，经过45天反应器启动成功，总脱色率和COD去除率稳定在92％左右。组合工艺中，光生物转盘对染料废水的脱色和COD去除起主要作用，当进水染料浓度为100mg/L，光生物转盘连续光照时间为12h/d，光生物转盘HRT为10h，共基质底物浓度大于500mg/L，光生物转盘脱色率为95%，系统总脱色率达到最高为98%，总COD去除率稳定在91%左右。
　　论文研究了厌氧光生物转盘对偶氮染料去除的动力学，建立了组合工艺中厌氧光生物转盘处理偶氮染料废水的底物动力学模型，即S=(S0-Sn)exp(-K2Xt)+Sn该模型能够符合染料废水厌氧生物降解的特点。不同染料浓度和不同COD浓度下，模拟结果表明该模型能够较好描述光生物转盘处理偶氮染料废水的生物降解过程。
　　氧化还原中介体能够加速初级电子供体的电子向最终电子受体传递，加速染料脱色。本文以蒽醌-2-磺酸钠盐（AQS）为目标物研究了氧化还原中介体对染料脱色的作用，结果表明AQS可以使得染料的脱色速率提高2.78倍。针对游离蒽醌在连续流中的流失问题，本论文从固定化非水溶性蒽醌（外源介体）和利用内源介体两个方面对介体强化进行了研究。在外源介体的投加研究中，采用了活性炭吸附、海藻酸钠固定化、制备AQS柱撑类水滑石三种方式控制介体在连续流光生物转盘-好氧MBBR中的流失，AQS柱撑类水滑石对脱色的促进作用可持续7天，同时促进了硫酸盐的还原，明显优于其他两种载体。
　　活性黑5（RB5）在厌氧脱色后产生的1-氨基-2-萘酚类似物可作为氧化还原介体，因此本文将RB5作为内源性介体。硫酸盐可强化内源介体的作用，硫酸盐浓度从50mg/L升高到500mg/L时，光生物转盘的脱色率从86%提高到96%。混合染料中，随着RB5浓度的提高，RB5厌氧脱色后产生的萘醌类的氧化还原中介体增多，促进了酸性红G（AR1）的脱色。
　　论文利用厌氧光生物转盘-好氧MBBR对大连某丝绸纺织厂的染料废水进行处理。当水力停留时间10h、光照时间12h/d、处理温度为常温，光生物转盘对色度的去除达到88%，系统总脱色率达到95%，光生物转盘对COD的去除率达到77%，总COD去除率为92%，最终出水色度、SS、pH值达到《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287-92）一级排放标准，出水COD、氨氮和SO42-达到《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287-92）二级排放标准。

目录

光生物转盘-好氧移动床生物膜工艺处理染料废水的研究

STUDY ON PHOTO-ROTATING BIOLOGICAL CONTACTOR/AEROBIC AEROBIC MOVING-BED BIOFILM REACTOR FOR AZO DYE WASTEWATER TREATMENT

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究背景

1.1.1 课题来源

1.1.2 课题的研究背景

1.2 染料的分类及发色理论

1.2.1 染料的分类

1.2.2 发色机理

1.3 染料废水的来源与特点

1.3.1 染料废水的来源

1.3.2 染料废水的水质特点

1.4 染料废水的处理研究现状

1.4.1 物理处理法

1.4.2 化学处理法

1.4.3 生物处理法及处理工艺

1.5 偶氮染料废水的微生物脱色研究进展

1.5.1 好氧生物脱色

1.5.2 严格厌氧菌的生物脱色

1.6 光合细菌工艺处理染料废水

1.7 移动床生物膜反应器的研究进展

1.7.1 移动床生物膜反应器的概述

1.7.2 移动床反应器的工作原理及特点

1.8 课题的研究目的意义及主要研究内容

1.8.1 研究的目的和意义

1.8.2 课题主要研究内容

第2章 实验材料和实验方法

2.1 实验装置和实验试剂

2.1.1 实验装置

2.1.2 实验用水

2.1.3 实验试剂

2.1.4 实验仪器

2.2 分析项目和实验方法

2.2.1 主要常规分析项目

2.2.2 反应器内生物量的测定

2.2.3 生物相观察

2.2.4 细菌叶绿素含量的测定

2.2.5 脱色率的测定

2.2.6 介体强化实验

第3章 厌氧光生物转盘/好氧MBBR处理偶氮染料废水的研究

3.1 厌氧光生物转盘/好氧MBBR的挂膜启动

3.1.1 启动阶段脱色率和COD的去除情况

3.1.2 光生物反应器中细菌叶绿素含量的测定

3.1.3 生物量的测定和微生物相的观察

3.2 光生物转盘/好氧MBBR处理偶氮染料废水的参数研究

3.2.1 光照时间对系统脱色率和COD去除率的影响

3.2.2 水力停留时间对系统脱色和COD去除的影响

3.2.3 染料浓度对系统脱色率和COD去除率的影响

3.2.4 共基质浓度对系统脱色率和COD去除率的影响

3.2.5 氧气对系统脱色率和COD去除的影响

3.3 本章小结

第4章 厌氧光生物转盘底物降解动力学研究

4.1 底物降解动力学数学模型假设与推导

4.2 不同染料浓度下染料和COD的降解动力学

4.3 不同COD浓度下染料和COD的降解动力学

4.4 本章小结

第5章 介体在偶氮染料废水中的作用及实际废水的处理

5.1 AQS对染料脱色的影响

5.2 AQS对SO42-去除的影响

5.3 AQS柱撑类水滑石对脱色率的影响

5.3.1 AQS柱撑类水滑石的红外结构表征

5.3.2 AQS柱撑水滑石对染料废水脱色的促进作用

5.4 外源介体在反应器中的应用

5.4.1 固定化介体对系统脱色率的影响

5.4.2 固定化介体对SO42-去除的影响

5.5 内源介体在反应器中的应用

5.5.1 硫酸盐还原条件下内源介体的作用

5.5.2 内源介体在混合染料降解中的作用

5.5.3 混合染料废水降解过程中紫外－可见光谱变化

5.5.4 氧化还原介体加速作用机理简要分析

5.6 实际染料废水的处理

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢