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偶氮染料废水具有水量大、分布面广、水质变化大、有机毒物含量较高、成分复杂且难降解等特点,是很难处理的工业废水。传统的生物处理法处理效率低、剩余污泥量大、水处理药剂用量大、运行费用高。因此,研究高效低费的染料废水处理方法具有重要意义。 采用三种不同阳极材料的电-生物耦合水解-接触氧化工艺处理活性艳红X-3B染料模拟废水。通过对比各工艺处理效果的差异,确定最佳阳极材料,研究不同阳极材料的电-生物耦合工艺处理染料废水的作用机理。对比生物水解-接触氧化工艺,研究电场对微生物的影响。 各工艺对应反应器几何尺寸相同,水解反应器水力停留时间12h,接触氧化反应器7.95h。三个电-生物耦合水解反应器分别以炭毡、铝皮、铁皮为阳极,阴极均为石墨柱,各反应器内均放置生物膜载体填料。电-生物耦合水解试验电流密度分别为0.024、0.048、0.071mA·cm-2。 试验表明,铁阳极电-生物耦合工艺对偶氮染料废水有较好的处理效果。而且铁皮这种电极材料在市场上很常见,价格较便宜。因此铁阳极是电-生物耦合工艺较好的阳极材料;铝阳极电-生物耦合工艺对染料废水有一定的处理效果,但是铝阳极在电解过程中容易钝化,使铝阳极的有效面积减小;炭毡自身电阻较大,容易堵塞,需要频繁清洗,操作难度加大,而且会使反应器内的生物量减少,不利于微生物系统的稳定。 原水染料浓度为36.03-56.17mg·L-1,当电流密度为0.071mA·cm-2时,铁阳极电-生物耦合工艺对染料浓度平均玄除率为98.40%,色度的平均去除率为87.46%,CODCr的平均去除率为77.64%,铝阳极电-生物耦合工艺的平均去除率分别为70.83%、72.35%、66.41%,炭毡阳极电-生物耦合工艺的平均去除率为73.04%、63.38%、49.10%;生物法的处理效果较差,平均去除率分别为26.78%、24.09%和49.19%。电-生物耦合工艺对氨氮的去除效果不如生物工艺,电流密度为0.071mA·cm-2时,炭毡阳极电-生物耦合工艺的去除率为57.45%,铝阳极和铁阳极电-生物耦合工艺的去除率分别为45.37%、38.19%,生物工艺的平均去除率为75.79%。 生物膜电镜扫描结果表明,电场对微生物有促进作用,电-生物耦合工艺各反应器中的生物膜结构较复杂,微生物数量较多,生物相更丰富。铁阳极电-生物耦合水解反应器内不仅存在链菌、球菌、杆菌,生物膜结构结实。铁阳极电-生物耦合工艺接触氧化反应器中以丝状菌为骨架的菌胶团中存在漫游虫、铁细菌、表壳虫等微生物。 紫外-可见吸收光谱分析表明,电-生物水解能破坏偶氮染料的双键结构,将活性艳红X-3B分解为芳香胺类等化合物质,生物水解对偶氮染料分了结构的破坏较小。其中,铁阳极电-生物工艺对偶氮染料的降解最彻底,铁阳极水解能破坏偶氮染料的双键结构,将活性艳红X-3B分解为芳香胺类等化合物质,经过其后的接触氧化处理后这类芳香胺类化合物被彻底降解。而铝阳极和炭毡阳极电-生物耦合工艺对偶氮染料降解不彻底。 三种电-生物耦合工艺中,铁阳极电-生物耦合工艺对偶氮染料活性艳红X-3B废水的处理效果最好。铁阳极电场提高了微生物降解染料的能力,使偶氮染料活性艳红X-3B在电场和微生物的共同作用下得到彻底降解。而且铁阳极材料价格低廉、容易获得、内阻小、耗电少,所以铁阳极电-生物耦合工艺适合用于染料废水的处理。