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内电解促进水中茜素黄生物降解及机制研究

作　者: 姚倩
导　师: 王爱杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 内电解茜素黄转化途径染料废水深度处理
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

针对目前染料废水排放不达标及尾水中难降解有毒物质含量高的问题,本研究以染料废水的深度处理为研究目的,设计了好氧生物-内电解构成的生物-物化组合工艺处理水中的茜素黄染料,为实现高效、经济的染料废水深度处理工艺的开发提供了理论依据。采用单独物化工艺及生物-物化联合工艺这两种工艺对茜素黄的降解效果进行了研究。在单独的物化工艺中对比了内电解及内电解-紫外两种处理方法对茜素黄的降解效果。研究了Fe/C体积比、进水pH值及水力停留时间对内电解及内电解-紫外两种处理方法对后续组合工艺处理茜素黄的影响。在Fe/C体积比为1:2,pH=5,气/水(体积比)=15:1的条件下,内电解处理40min时,100mg/L的茜素黄的降解及脱色率分别达到98.14%和93.29%。加光对茜素黄降解及脱色率的进一步提高无明显影响。采用好氧生物-内电解联合工艺对茜素黄的处理中主要研究了不同系统水力停留时间下回流比对茜素黄处理效果的影响。在系统水力停留时间6h,内电解段回流比为2的条件下,联合工艺对茜素黄的脱色率及TOC的去除率分别达到95.32%和79.44%。进一步减小系统水力停留时间为4h,在内电解段回流比为3的条件下,联合工艺对茜素黄的脱色率及TOC的去除率分别达到89.86%和77.28%。UV-Vis、HPLC及LC-MS的测试分析表明茜素黄在联合工艺中可能的转化途径如下:内电解将茜素黄转化成对苯二胺、间氨基水杨酸及两者的开环产物六元酸和醛并回流到好氧段供微生物利用,而六元酸中的2,3-二羟基-4氨基己二酸被微生物利用的速度较慢,主要转化成2,3-环氧基-2-环丁烯醚,并在最终出水中检测到。在对原有的传统处理工艺进行改造的基础上,对新增深度工艺需新增加的成本进行了经济估算。累计新增投资约160.08万元,处理每吨水需新增平均运行成本1.32元/t,使得该工艺的开发真正达到了省时、经济、高效的目的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-27
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 染料废水处理方法研究进展  11-21
    1.2.1 染料废水物理处理方法研究现状  11-13
    1.2.2 染料废水化学处理方法研究现状  13-18
    1.2.3 染料废水生物处理方法研究现状  18-21
  1.3 生物-物化联合法处理染料废水的研究进展  21-25
    1.3.1 生物-物化联合工艺方法研究进展  21-23
    1.3.2 反应器研究进展  23-25
  1.4 染料废水治理研究的发展方向  25
  1.5 本课题的目的意义及主要研究内容  25-27
    1.5.1 本课题的目的和意义  25-26
    1.5.2 本课题的主要研究内容  26-27
第2章实验材料与方法  27-33
  2.1 实验装置及工艺流程  27-28
  2.2 主要实验器材及材料  28-29
    2.2.1 主要实验器材  28
    2.2.2 主要实验材料  28-29
  2.3 检测项目及分析方法  29-33
    2.3.1 染料脱色率的测定  29-30
    2.3.2 茜素黄含量的测定  30
    2.3.3 产物分析  30-31
    2.3.4 样品TOC 测试  31
    2.3.5 样品BOD5/COD 测试  31
    2.3.6 生物相的观察  31-33
第3章内电解对茜素黄的降解及转化途径分析  33-47
  3.1 Fe/C 体积比对茜素黄降解效果的影响  33-35
    3.1.1 Fe/C 体积比对茜素黄脱色及降解的影响  33-34
    3.1.2 Fe/C 体积比对茜素黄降解过程中TOC 去除率的影响  34-35
  3.2 进水pH 值对茜素黄降解效果的影响  35-38
    3.2.1 进水pH 值对茜素黄脱色及降解的影响  35-37
    3.2.2 进水pH 值对茜素黄TOC 去除效果的影响  37-38
  3.3 HRT 对茜素黄降解效果的影响  38-40
    3.3.1 HRT 对茜素黄脱色及降解的影响  38-39
    3.3.2 HRT 对茜素黄TOC 去除效果的影响  39-40
  3.4 内电解及内电解-紫外工艺对茜素黄可生化性的改善  40
  3.5 茜素黄产物及转化途径分析  40-46
    3.5.1 茜素黄产物的紫外光谱扫描分析  41
    3.5.2 茜素黄产物的HPLC 分析  41-43
    3.5.3 茜素黄产物的LC-MS 分析  43-44
    3.5.4 茜素黄产物的GC 分析  44-45
    3.5.5 茜素黄可能的转化途径分析  45-46
  3.6 本章小结  46-47
第4章内电解对茜素黄生物降解的促进及转化途径分析  47-62
  4.1 好氧生物接触氧化反应器的启动及对茜素黄的降解效果  47-49
    4.1.1 好氧生物接触氧化反应器的启动  47-48
    4.1.2 单独好氧生物接触氧化反应对茜素黄的降解效果  48-49
  4.2 内电解对茜素黄生物降解效果的促进  49-54
    4.2.1 系统HRT=6h 时联合工艺对茜素黄的降解效果  49-52
    4.2.2 系统HRT=4h 时联合工艺对茜素黄的降解效果  52-54
  4.3 茜素黄在联合工艺中的产物及转化途径分析  54-59
    4.3.1 好氧段生物群落电镜扫描分析  54-56
    4.3.2 各工艺段出水紫外光谱扫描分析  56-57
    4.3.3 各工艺段出水LC-MS 分析  57-58
    4.3.4 内电解促进茜素黄生物降解可能的转化途径  58-59
  4.4 处理系统中增设内电解工艺的经济成本分析  59-60
    4.4.1 新增投资费  59-60
    4.4.2 新增运行成本  60
  4.5 本章小结  60-62
结论  62-64
参考文献  64-72
攻读学位期间发表的学术论文  72-75
致谢  75

内电解促进水中茜素黄生物降解及机制研究

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