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造纸法再造烟叶生产废水量大,水质波动大、色度深、有机物含量高、废水易腐化变质,经过气浮和生物二级处理后的二级出水污染负荷仍居高不下,未达到国家相关排放标准。本论文采用催化臭氧氧化和曝气生物滤池法(BAF)联合深度处理造纸法再造烟叶生产废水的二级出水(以下简称二级出水),对二级出水单独臭氧、催化臭氧及BAF处理工艺和机理进行了系统化的研究,以图找到一种技术和经济可行的深度处理方法。首先,对造纸法再造烟叶生产废水的二级出水进行了水质分析。利用紫外-可见吸光光谱法分析了二级出水色度较深的原因,通过红外光谱和GC-MS分析了二级出水的有机物组成。分析发现,二级出水可生化性差、色度深、水样呈弱碱性,其中的有机污染物主要为木质素及其衍生物的降解产物,研究结果为二级出水深度处理工艺的提出和研究奠定了基础。借鉴与再造烟叶废水水质特征相近的高浓度制浆造纸废水处理工艺,采用单独臭氧氧化再造烟叶生产废水的二级出水。通过响应面和单一因素法分析,优化得到二级出水单独臭氧处理工艺条件为:二级出水CODCr约500 mg·L-1左右时,p H8.0,温度30℃,臭氧投加量(C(O3))14.76 mg·L-1。在此条件下CODCr去除率约为30%,出水CODCr值为350 mg·L-1左右,色度去除率可达95%以上,BOD5/CODCr值从0.46提高到0.53,臭氧氧化过程中CODCr降解符合准一级动力学特征。结果表明单独臭氧处理能降解二级出水中的部分有机污染物,提高废水的可生化性,具有实际应用价值。通过添加过渡金属离子构建均相催化氧化体系,进一步提高催化臭氧处理效果。采用单因素法和响应面法考察不同过渡金属离子、温度、p H值、金属离子用量和臭氧投加量对催化臭氧深度处理二级出水的影响。结果表明:与单独臭氧氧化相比,过渡金属离子可显著提高催化氧化降解效果,二级出水的CODCr去除率显著提高,最高可达80%以上,色度去除率均达95%以上。在Ti(IV)离子、Fe(II)离子、Mn(II)离子和Zr(IV)离子中,Mn(II)离子的催化活性最强,Zr(IV)离子和Fe(II)离子的催化效果最佳。在各种金属离子最佳催化效果下,臭氧投加量和温度一致,p H值相差不大;但Fe(II)离子用量最高,0.6 m M,Zr(IV)离子用量最低,0.1 m M;二级出水的CODCr去除率以Fe(II)离子和Zr(IV)离子最高,均为82.29%,Mn(II)离子的最低,为71.03%。二级出水CODCr降低为后期BAF处理奠定了基础。单独臭氧和催化臭氧均可提高二级出水的可生化性,可联合BAF工艺进行深度处理。用经催化臭氧处理后的出水进行生物种群驯化,添加营养元素培养生物膜,挂膜后采用BAF处理催化臭氧出水。研究发现,二级出水不经臭氧氧化直接进入BAF系统,其CODCr去除率为19.45%,色度去除率80%左右,SS值去除率24%左右,其中氨氮去除率最高,达98%以上。同时出水中难降解的烷烃类物质,苯类物质去除率较低,总体污染负荷无显著下降。而在单独臭氧-BAF深度处理工艺中,平均出水CODCr为186.15mg·L-1,CODCr总平均去除率达64.67%,较单独BAF工艺提高了45个百分点。氨氮在单独臭氧阶段的去除率不足20%,在BAF阶段高达99.33%,出水氨氮0.23 mg·L-1。而经催化臭氧-BAF深度处理后,CODCr总平均去除率为79.52%,出水CODCr值为103.69mg·L-1。氨氮总平均去除率达到99.53%,平均出水氨氮0.23 mg·L-1。经过BAF处理,出水的平均CODCr值和氨氮值均达到制浆造纸工业废水的排放标准(GB3544-2008)。利用PCR-DGGE分子生物技术对BAF中的生物膜进行微生物群落结构分析。发现生物膜中存在着丰富的细菌种属,细菌种属的条带和位置随培养时间和驯化条件的不同存在一定差异。将DGGE图谱的主要条带进行切胶回收和测序和序列同源性分析,并采用UPGMA方法构建了细菌的进化树。发现生物膜中部分与CODCr和氨氮降解相关的菌属得到了富集,实现了二级出水中CODCr的深度去除,从分子水平和微生物角度验证二级出水采用催化臭氧-BAF深度处理工艺的思路是可行的。