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《西南大学》 2007年
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电极-SBBR对污水N与Cu的去除效应研究

郭玲  
【摘要】: 随着城市化与工业化的迅速发展,城市污水中污染物种类趋于复杂化。单纯使用某一种水处理技术已很难完成对多种污染物(有机物、氮、重金属)的净化任务,多种方法联合作用已成为污水处理的发展趋势。SBBR工艺与电极生物膜法均是目前正在研究的新型污水处理技术,两者在污水的脱氮、除重金属以及降解有机物方面都各有优势。本文借助于SBBR工艺,将电极生物膜法应用于城市污水处理中,提出了电极-SBBR法脱氮、除铜以及同步脱氮除铜的研究课题。 试验以生物学、电化学以及两者间协同作用原理为基础,通过分别探讨电极-SBBR系统中各因素对污水中氮与铜的去除效应的影响,确定了脱氮除铜的较佳工艺条件,对电极-SBBR系统处理污水中氮、铜的能力进行了分析与评价。通过一系列研究,在理论上丰富了电生物学的内容,在实践上可为城市污水脱氮除铜的处理提供科学依据。 试验根据生活污水、含铜有机废水成分及排放标准,采用分析纯化学试剂配置模拟污水,同时自行设计四套并联电极-SBBR反应器,接种某污水处理厂曝气池中的活性污泥。根据处理目标,分别进行了活性污泥的驯化与填料挂膜、反硝化生物膜的培养与极板挂膜、微电流驯化、铜离子梯度驯化等四个环节。直至污泥性能较好,处理效果稳定,电极-SBBR系统方可投入运行。 根据处理目标,试验首先选择了电极-SBBR系统的操作工序,并将脱氮、除铜与同步脱氮除铜工艺分别设定为8、6、6种工况。综合考虑各工艺不同工况的运行效果,确定基于脱氮、除铜、同步脱氮除铜的标准运行时序分别为:HRT=7.0h,厌氧0.5h、曝气3.5h、厌氧/缺氧3.0h;HRT=4.5h,曝气4.0h、厌氧/缺氧0.5h;HRT=7.0h,厌氧0.5h、曝气4.0h、厌氧/缺氧2.5h。 电极SBBR系统脱氮效应研究方面,首先对各形态氮浓度以及pH、DO浓度随HRT的动态变化进行了考察。发现在好氧条件下,复合脱氮工艺存在明显的反硝化现象,即同步硝化反硝作用。且好氧段的脱氮作用远高于前、后序厌氧/缺氧段。并从宏、微观环境理论剖析了产生这个现象的原因。后分别考察了I_A、DO、C/N比以及NO_3~-负荷对体系脱氮效果的影响。结果表明:①SBBR系统中引入电极能促进脱氮。且在一定范围内,增大I_A可提高脱氮效率。但过大的I_A也会降低脱氮效率。同时得出,外电场能够提高脱氮效率主要是由于电流促进了反硝化脱氮环节。试验所获得的最佳I_A为80mA,此时TN去除率可达82.86%。②DO是电极-SBBR系统中一个重要参数,DO浓度不能太低也不能过高。DO浓度为4mg.L~(-1)时,TN、NH_3-N、NO_3~--N的去除率分别达87.18%、95.0%、37.64%,脱氮效果最佳。③进水C/N比的增加有助于脱氮,但达到一定值后对脱氮的影响很小。④NO_3~-负荷由20mg.L~(-1)增至40mg.L~(-1),TN、NO_3~-的去除率分别提高18%、27%,但过高NO_3~-负荷将降低脱氮效率。试验还发现,在外电场作用下(I_A<200mA),当DO浓度>3mg.L~(-1),C/N比>5时,体系对COD_(Cr)的去除率基本保持在80%以上。表明电流驯化环节减轻了外加电场对异养型菌群活性的影响。 电极-SBBR系统除铜方面,试验分别考察了I_A、陪伴离子、初始含铜量、溶液pH值对除铜效应的影响以及Cu~(2+)浓度随HRT的动态变化。结果表明:①通电与未通电相比,前者使Cu~(2+)的去除率提高约5%。生物吸附作用对除Cu~(2+)具有主要贡献,低I_A(10~40mA)时,增加I_A有利于Cu~(2+)被去除。40mA为最佳I_A,Cu~(2+)的去除率接近98%。但I_A过大也会影响电沉积效率。②投加一定量的阴离子(SO_4~(2-)、NO_3~-与Cl~-)、阳离子(Zn~(2+)、Pb~(2+))均会引起出水Cu~(2+)浓度的增加,其中尤以Cl~-(45mg.L~(-1))、pb~(2+)(30mg.L~(-1))对Cu~(2+)去除的影响更为显著。③Cu~(2+)负荷在10~100mg.L~-时,Cu~(2+)去除率均稳定在92%以上。Cu~(2+)负荷为30mg.L~(-1)时,Cu~(2+)去除率高达98.48%,效果最佳。Cu~(2+)负荷≥70mg.L~(-1)时,出水Cu~(2+)浓度已不能达标。④pH值是影响Cu~(2+)去除的关键因素。pH4.0~4.5与pH9.0~10.0均不利于Cu~(2+)被去除,且前者比后者的负面影响更显著。pH4.5~7.5时,Cu~(2+)去除率最高,达97.78%。⑤生物吸附除Cu~(2+)在瞬时(HRT≤10min)即可达到理想效果。曝气段因存在有机物与Cu~(2+)竞争菌胶团上的结合位点而不利于除铜。初始沉淀段,生物吸附与电沉积的双重作用使Cu~(2+)浓度下降。但沉淀时间的延长将影响电沉积效率。⑥与脱氮工艺相比,除铜工艺中有机物的降解率有所下降,但影响不大。表明Cu~(2+)梯度驯化减轻了其对微生物活性的抑制与毒害,可确保生物降解有机物的高效进行。 电极-SBBR系统同步脱氮除铜方面,分别考察了I_A、DO、C/N比对体系同步脱氮除铜效应的影响。研究表明:①在一定范围内,增加I_A有利于脱氮,不利于除铜,在低I_A(10~90mA)下对除铜的影响较小,I_A过大将影响脱氮、除铜效率。I_A=60mA时,TN去除率为67.69%,脱氮效果最佳。②在一定范围内,增加DO浓度有利于脱氮、除铜及降解有机物。③C/N比的增加促进了脱氮与降解有机物,但对除铜的影响较小。④3个参数对脱氮的影响远不如脱氮工艺明显。说明Cu~(2+)的存在对硝化、反硝化菌存在抑制作用,使系统脱氮产生了滞后效应。 通过以上研究,得出总的结论是电极-SBBR系统对污水中氮、铜的去除效果较好,同时也可以确保有机物被高效降解,该复合工艺研究应用前景十分广阔。 论文最后指出了本课题研究的不足之处以及有待于进一步解决的问题,同时对今后的研究方向进行了展望。
【学位授予单位】:西南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:X703

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