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焦化废水作为一种典型的难降解有机工业废水,其成分复杂、毒性大、可生化性差。在传统焦化废水处理工艺中,厌氧生物处理作为一种高效率、低能耗的生物预处理方法,已经被广泛应用于实际废水的处理中。然而,传统的厌氧反应器启动较慢,抗冲击能力较差,针对焦化废水处理效果不佳。针对这一问题,我们通过向反应器中加入不同价态的铁来强化厌氧反应,同时考察其对实际焦化废水的处理效果和对反应器内微生物种群的影响,为铁技术在焦化废水处理领域的进一步工程应用提供理论依据。为此,本论文设置了对照、零价铁增强及磁铁矿增强三个厌氧反应器,研究了在焦化废水处理过程中,不同反应器处理性能的差异,并对反应器内部微生物进行了分析。本实验得到以下主要结论：(1)向反应器中投加零价铁,可以作为电子供体能够有效缩短反应器的启动时间,在80天内完成驯化；在HRT=24 h,温度为35±1℃时,进水CODcr为2000 mg/L左右,ZVI-UASB反应器对CODcr的去除率能达到69%,而普通UASB反应器的CODCr去除率约为38%,处理效果显著提高。在废水的可生化性方面,原水的BOD5/CODCr约为0.154,可生化性较差,经过ZVI-UASB反应器处理后,B/C提高到0.305,可生化性得到明显提高,便于后续好氧生物处理。在降解特定污染物方面,在出水CODcr稳定阶段,通过液相色谱测定,苯酚在焦化废水中的含量由300 mg/L降至85 mg/L左右,去除率可达73%。对污泥进行高通量测序可知,有利于有机物分解的Methanosaeta菌的比例显著提高,这从微生物角度说明了零价铁出水效果好的原因。(2)磁铁矿(Fe3O4)作为一种二价铁／三价铁的混合物,添加到UASB反应器中能够作为电子载体加速微生物种间电子传递,从而提高实际焦化废水的处理效果。在相同进水条件下,添加磁铁矿的反应器的CODcr去除率达到73%,比普通厌氧反应器高出近一倍；经过80天的驯化,pH值稳定在7.7左右,说明磁铁矿的添加有利于维持反应器的弱碱性环境,促进微生物的生长；在毒性污染物的去除方面,添加磁铁矿的反应器对苯酚的去除率能够达到76%,而普通厌氧反应器只能达到57%,这说明磁铁矿的添加能够提高厌氧微生物对毒性物质的抵抗能力,去除难生物降解的物质,进而提高废水的可生化性。微生物群落分析表明,可以降解苯酚的Syntrophus含量显著提高。本实验证明了磁铁矿增强厌氧反应器技术在处理实际焦化废水时的有效性,并从微生物群落分析的角度说明了其原因。