生物海绵铁体系类Fenton效应及其对模拟苯胺废水处理特性研究

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难降解有机物主要来自石油化工、农药、制药、印染等行业,种类繁多,难生物降解,对环境和人体危害极大。因此利用生物法处理含难降解有机物废水时,效果较差。将Fe0加入活性污泥中,可在体系内部形成生物铁法,达到强化生物处理的作用,且有研究表明Fe0/O2体系可发生类Fenton效应,产生·OH氧化降解有机物。海绵铁作为一种零价铁,将其介入活性污泥中可形成生物海绵铁体系,但目前对生物海绵铁体系类Fenton效应及其处理难降解有机物的研究甚少。本论文将海绵铁(Fe0)与活性污泥结合组成生物海绵铁体系,该体系同时具有Fe0及生物铁法的作用。本文主要研究以下几方面的内容:(1)研究适合生物海绵铁体系类Fenton效应的表征方法及海绵铁投加量、初始pH值、海绵铁粒径、污泥浓度等对生物海绵铁类Fenton效果的影响及其最佳条件,在此基础上考察生物海绵铁体系对苯胺配水的降解;(2)通过平行对比实验,研究不同SBR体系对苯胺废水处理效果;(3)研究海绵铁投加量、初始pH值及海绵铁粒径对序批式生物海绵铁反应器处理苯胺废水的影响。以上研究结果表明:(1)通过改变水杨酸加入点,可利用水杨酸比色法测定生物海绵铁中的·OH,对体系中·OH大小及氧化剂的持久性测定可行。活性污泥体系本身有H2O2产生,单一海绵铁体系也可以产生·OH和H2O2,二者结合后产生的·OH增加。随着海绵铁投加量增加至90g/L时,生物海绵铁体系产生的·OH也随之增加,初始pH值对生物海绵铁体系类Fenton效应影响显著,pH值越低体系产生Fe2+、·OH及H2O2浓度越高。海绵铁粒径越小产生的Fe2+、·OH及H2O2浓度越高,加入活性污泥后会促进铁离子的溶出,在污泥浓度为1.23g/L时产生的·OH较大,体系产生的H2O2整体变化不大;随着搅拌强度的增加,体系产生H2O2浓度增加,·OH先增加后减少,在110 r/min时达到最大值。通过正交实验得出生物海绵铁类Fenton效应的最佳条件为pH=4,海绵铁投加量为90g/L,污泥浓度为3g/L,搅拌强度110r/min,在此基础上研究不同体系以苯胺作为唯一碳源和氮源,对苯胺的去除效果,发现对初始苯胺浓度为140mg/L的配水,14h内生物海绵铁体系对苯胺的降解率达33.94%,比单一活性污泥和海绵铁体系分别高出18.27%,24.99%。同时发现随苯胺的降解,体系中氨氮浓度升高,说明苯胺中的氮元素最终会以铵根的形式释放出。(2)在反应器运行稳定时,生物海绵铁体系对COD、TN、TP去除率分别为71.67%,50.9%,68.86%。与普通活性污泥SBR体系相比,加入海绵铁后反应器COD、TN和TP平均去除率比普通SBR体系提高2.05%,25.72%,65.37%。与海绵铁体系相比,生物海绵铁体系对苯胺废水中COD、TN和TP的降解效果较好,平均去除率分别提高了6.86%和23.49%,23.45%。污泥对海绵铁的腐蚀较明显,加入污泥后反应器污泥混合液中的Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)和TFe浓度均升高。(3)当海绵铁投加量小于90 g/L时,序批式生物海绵铁反应器对COD、TN、TP的去除起到促进作用,投加量为90g/L时,体系对废水COD、TP和TN平均去除率分别为38.82%,42.75%,76.13%。初始pH值越低降解效果越好,反应的最佳pH值为4,体系对废水COD、TN和TP平均去除率分别为58.69%,49.68%,92.84%。海绵铁粒径为1mm3mm时对COD和TP的去除较为明显,其COD、TN、TP的去除率分别为61.82%、21.13%、75.16%,粒径为35mm时对TN去除效果较其他粒径好,去除率达到36.01%。
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