论文部分内容阅读
煤化工废水是一类典型的难降解有机废水,其成分复杂且含有大量对微生物活性有抑制性和毒性的难降解有机污染物。目前,采用传统生物处理普遍存在出水效果不理想、生化系统稳定性差和后续深度处理运行费用高等问题。本论文以煤化工废水中典型难降解有机污染物的生物强化去除为主线,首先针对典型含氮杂环化合物吡啶的难降解性及积累性毒性等问题,分别开展了微氧生物强化吡啶降解和电辅助生物强化吡啶反硝化降解研究;其次,进一步选择玉米芯作为固体缓释有机碳源和微生物载体,开展了基于共代谢作用强化实际焦化废水生化出水（BTCW）中难降解有机污染物的高效去除研究;从多个处理工段探索了提高煤化工废水中难降解有机污染物去除效果的强化生物降解途径,为提高煤化工废水生物去除效率提供了新思路。主要研究结果如下:（1）研究了微氧强化序批式生物膜反应器（SBBR）提高吡啶生物降解的可行性,考察比较了在微氧条件和厌氧条件下SBBR对模拟废水中不同浓度吡啶的去除效果。研究结果表明微氧条件下SBBR工艺可有效去除吡啶,去除率达98%以上,其中至少有60%的位于吡啶环中的氮转化为铵态氮,而厌氧条件下吡啶去除率仅有21%。扫描电镜（SEM）观察显示,微氧条件下多孔生物载体表面和内部附着着大量的微生物。高通量测序分析结果表明固氮菌属（Azotobacter）,unclassified＿f＿Rhodobacteraceae,甲苯单胞菌属（Tolumonas）和毛球菌属（Trichococcus）为微氧系统内的优势菌属。稳定运行阶段动力学研究表明,吡啶的生物降解符合伪一阶动力学模型（R2>0.96）。（2）构建了无隔膜生物电化学系统（MFBES）,研究了添加硝态氮作为电子受体、电辅助系统强化吡啶反硝化生物降解的可行性。研究结果表明葡萄糖共基质下,外加电压为1.2 V时MFBES对吡啶降解效果最好,高出对照组15%～20%。稳定运行阶段动力学研究表明,吡啶降解曲线符合伪一阶动力学模型（R2>0.97）,至少有75%的位于吡啶环中的氮转化为铵态氮。与厌氧降解相比,在葡萄糖共基质和吡啶作为唯一碳源的两种条件下,添加硝态氮作为电子受体都有助于提高吡啶的生物降解。电辅助系统不仅利于吡啶的厌氧降解,更有助于吡啶的反硝化降解。当吡啶作为唯一碳源COD/NO3--N浓度比为6时,吡啶和硝态氮在18 h内能被同时完全降解,碳刷作为阳极的MFBES对吡啶降解效果最好。SEM观察显示电刺激下的电极生物膜比较厚且致密,微生物主要由微球菌和杆状细菌组成。高通量测序分析结果表明电辅助系统内微生物群落丰富度和多样性均有所增加。系统内吡啶降解菌、反硝化菌和和厌氧发酵产酸菌同时存在,但电刺激有利于吡啶降解菌和反硝化菌在电极上富集,尤其在生物阳极上富集。同一外加电压下,不同的阳极材料构型也会影响微生物群落结构,碳刷比碳毡作为阳极在生物膜附着和电荷转移中更具有优势。（3）针对实际焦化废水生化出水（BTCW）水质难以满足焦化废水排放标准和后续单元循环用水要求等问题,在深度处理阶段尝试利用固体缓释有机碳源生物固定床工艺处理BTCW,即在上流式固定床反应器（UFBR）中分别填充经碱处理或未经碱处理的玉米芯作为固体缓释碳源和微生物载体。研究结果表明UFBR对BTCW进行处理后,显著提高了BTCW的碳氮比和可生化性。BTCW中90%以上的硝酸盐残留得到了稳定的去除。经气相色谱-质谱联用仪（GC/MS）分析证实,BTCW经UFBR处理后,典型难降解有机污染物种类和含量显著减少。高通量测序分析结果表明,反硝化菌、发酵菌和难降解有机污染物降解菌等优势菌属在UFBR系统内共存。与未经碱预处理玉米芯相比,碱处理玉米芯具有更多的孔结构和更稳定的释碳能力,保证了反硝化菌等多种功能菌的附着和生长。该研究结果证明经碱处理玉米芯填充的UFBR工艺可作为BTCW深度处理的有效生物预处理。