A/O-MBR-接触氧化法处理短链壬基酚聚氧乙烯醚废水

摘要

壬基酚聚氧乙烯醚(Nonylphenol Polyethoxylates，NPnEOs，n=1～20)是非离子表面活性剂的主要成分，广泛应用于人类生活与生产活动中。废弃的NPnEOs通过市政排水管网进入污水处理厂或自然水体，经过微生物的降解作用，逐步转化为短链的壬基酚聚氧乙烯醚(Short-Chain Nonylphenol Polyethoxylates，SC-NPnEOs)及壬基酚(Nonylphenol，NP)。研究表明，SC-NPnEOs中乙基聚合度为1～2的聚合物(NP1EO与NP2EO)及NP（以下统称为NPEO0～2）作为NPnEOs的降解产物在自然界中普遍存在，具有较强的亲脂性、蓄积性和毒性，较难被进一步降解，且在结构上与内源性雌激素的17β-雌二醇相似，能直接与生物组织中的雌激素受体结合，产生雌激素样作用。但是由于NPnEOs高效的去污能力及低廉的价格，目前仍将其作为主要的非离子表面活性剂大量生产和使用，导致自然界中大量NPEO2～0的积累。
　　本研究设计了一套缺氧/好氧膜生物反应器(Anoxic/Oxic Membrane Bioreactor,A/O-MBR)与接触氧化法结合的工艺，对NPnEO(n≈3，含有NP、NPEO1～5的混合物)人工废水进行处理。系统运行中，先对活性污泥进行培养、驯化，进而调节优化系统关键运行参数，同时监测系统活性污泥的pH、混合液悬浮固体浓度(Mixed LiquorSuspended Solids，MLSS)、混合液挥发性悬浮固体浓度(Mixed Liquor Volatile SuspendedSolids，MLVSS)，并考察系统对化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮(NH4+-N)、总氮(Total Nitrogen，TN)及总磷(Total Phosphorus，TP)等的去除效果。利用高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatography, HPLC)分析检测原水、缺氧池、好氧池和出水水样中NPEO0～5的含量，分析其降解效果。
　　系统关键运行参数调节优化阶段，以温度(Temperature，T)、溶解氧(DissolvedOxygen，DO)和水力停留时间(Hydraulic Retention Time，HRT)三个参数设计正交实验，分别以NPEO0～5等的降解效果为实验评价指标，对正交实验结果进行极差分析，评价各参数对目标污染物降解的影响程度与优化水平，并确定系统运行的最优条件。
　　在整个实验过程中，反应器缺氧池与好氧池pH值在7.0～8.5之间，缺氧段MLSS保持在2500～6000mg/L之间，系统活性污泥状态良好。系统对COD的去除效果稳定，去除率达到94.23％以上;对NH4+-N有较好的去除效果，平均去除率为85.00％～95.00％;对TN的去除效果一般，去除率在60.00％～90.00％之间;对TP的去除效果不佳，平均去除率在50.00％左右。投加SC-NPnEO后，系统处理效果受到一定影响，但系统具有一定的耐冲击性，总体保持稳定。
　　根据运行参数正交实验结果，分析各参数对SC-NPnEO降解性能的影响，得出系统运行参数的优化值为:溶解氧为5mg/L，温度为33℃，水力停留时间为24h，并得出了各参数影响NPEO0～5等降解性能的主次顺序。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．1．1 壬基酚聚氧乙烯醚的性质

1．1．2 壬基酚聚氧乙烯醚的环境分布

1．1．3 短链壬基酚聚氧乙烯醚的来源及危害

1．2 短链壬基酚聚氧乙烯醚对研究现状

1．2．1 物理法

1．2．2 化学法

1．2．3 生物法

1．3 接触氧化法在污水处理中的应用

1．3．1 接触氧化法的特征

1．3．2 生物接触氧化工艺在工程上的应用

1．3．3 生物接触氧化法存在的问题及展望

1．4 膜生物反应器在污水处理中的研究进展

1．4．1 MBR的主要类型

1．4．2 MBR的特点

1．4．3 MBR工艺在水处理中的应用

1．4．4 浸没式平板膜的应用

1．5 课题研究的目的和内容

第2章 实验材料和方法

2．1 实验材料和方法

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验材料

2．1．3 实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 短链壬基酚聚氧乙烯醚的测定

2．2．2 其他水质指标的测定方法

第3章 A／O-MBR-接触氧化反应器启动及运行

3．1 试验装置及流程

3．1．1 A／O-MBR-接触氧化一体化工艺的实验模型

3．1．2 A／O-MBR-接触氧化一体化工艺运行参数

3．1．3 模拟废水的性质

3．1．4 接种污泥

3．2 A／O-MBR-接触氧化工艺的启动与活性污泥的驯化

3．2．1 A／O-MBR-接触氧化工艺的启动与活性污泥的驯化

3．2．2 A／O-MBR-接触氧化反应器的容积负荷

3．2．4 污泥负荷

3．3 A／O-MBR-接触氧化工艺运行参数的优化

3．3．1 A／O-MBR-接触氧化法工艺正交参数的确定

3．3．2 正交实验方法设计

3．3．3 正交实验运行过程中各指标的变化

3．4 本章小结

第4章 A／O-MBR-接触氧化系统参数优化及降解机理探讨

4．1 化学需氧量(COD)

4．2 短链壬基酚聚氧乙烯醚的去除

4．3 实验结果分析与讨论

4．4 短链壬基酚聚氧乙烯醚降解机理探讨

4．5 本章小结

第5章 膜的污染与清洗

5．1 膜污染的分类和机理

5．1．1 膜污染的分类

5．1．2 膜污染的机理

5．2 膜污染的影响因素

5．2．1 膜的性质

5．2．2 混合液的性质

5．2．3 操作条件

5．3 减缓膜污染的方法

5．3．1 膜材料的改性

5．3．2 改变污泥混合液性质

5．3．3 优化工艺条件

5．4 本实验中MBR负压变化及膜的污染情况

5．5 膜的清洗

5．6 本章小结

第6章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文