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厌氧颗粒污泥对活性黑KN-B染料的生物降解脱色研究

作　者: 邱丽娟
导　师: 陈亮
学　校: 东华大学
专　业: 环境工程
关键词: 活性黑KN-B UASB反应器厌氧颗粒污泥硫酸盐吸附降解脱色机理
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

论文研究了以葡萄糖为共基质条件下常温升流式厌氧污泥床（UASB）反应器中活性黑KN-B染料的脱色效果;并进行了生物吸附及降解的静态批式试验,探讨了染料脱色的机理。通过考察厌氧条件下活性黑KN-B的生物降解过程,初步分析了活性黑KN-B染料的降解动力学;又考察了碳源浓度、染料浓度、pH值、温度、盐度对活性黑KN-B染料厌氧生物降解脱色的影响;采用紫外-可见光谱、红外光谱对染料的降解途径进行分析,初步得出了染料的降解途径和降解产物。首先研究了以葡萄糖为共基质及在不同硫酸盐浓度条件下,常温UASB反应器中活性黑KN-B的脱色效果,结果表明:当HRT=24h,进水COD_Cr浓度为800～1300mg/L,染料浓度10～40mg/L时,COD_Cr去除率、染料的脱色率分别在54.2%、72%以上,此时反应器出水挥发酸（VFA）在200mg乙酸/L以下,出水碱度在508～668mgCaCO₃/L之间。适量的硫酸盐（<500 mg/L）对反应器的COD_Cr去除率、染料的脱色率影响不大;但高浓度的硫酸盐（>800 mg/L）会导致COD_Cr去除率、染料的脱色率逐渐下降。当硫酸盐浓度为1500 mg/L时,COD_Cr去除率、染料脱色率仅为38.3%、65.8%,出水VFA的浓度接近400乙酸mg/L,碱度降至200mgCaCO₃/L以下,反应器有酸化的危险。反应器中厌氧颗粒污泥粒径大小为0.5～5mm,其微生物以丝状菌为主,另有少量球状菌和竹节状杆菌。然后通过生物吸附及降解的静态批式试验,分析了染料生物降解脱色的机理。由吸附试验得出,厌氧颗粒污泥对活性黑KN-B的吸附均符合Freundlich模型和Langmuir模型,但吸附量较小。对活性黑KN-B的吸附机理研究发现,污泥菌体中的负电性会对在溶液中以阴离子形式存在的活性黑KN-B染料产生一定的排斥作用,因而导致厌氧颗粒污泥对其吸附能力低;通过吸附试验,24h后染料的吸附率仅为14.3%,并且600nm处染料的最大吸收波长并没有发生改变;而通过降解试验,24h后染料的脱色率为80.1%,且600nm处的吸收峰几乎消失,说明厌氧颗粒污泥对活性黑KN-B染料的脱色作用主要是生物降解,而不是吸附作用。在厌氧生物降解静态试验的基础上,又考察了活性黑KN-B染料的生物降解过程,初步探讨了活性黑KN-B染料的降解动力学。结果表明:厌氧颗粒污泥可以单独降解活性黑KN-B（以活性黑为单一碳源时,活性黑KN-B的24h脱色率为43.1%）,也可以在以葡萄糖为共基质条件下降解活性黑KN-B;以活性黑KN-B为单一碳源时其降解过程符合一级反应动力学方程,而以葡萄糖为共基质时其降解过程符合二级反应动力学方程。进一步通过厌氧生物降解静态试验,本文还考察了碳源浓度、染料浓度、pH值、温度、盐度对活性黑KN-B染料厌氧生物降解脱色的影响。通过正交试验,得出了厌氧颗粒污泥对活性黑KN-B染料废水的最佳脱色条件为:染料浓度为50mg/L、温度为50℃、pH值为8、含盐量为500mg/L,此时染料的脱色率可达87.5%。最后,对降解前和降解后染料的降解液采用UV-可见光谱、红外光谱分析,讨论了活性黑KN-B染料的降解途径以及初步的降解产物。用UV-可见光谱发现活性黑KN-B在可见光区600nm处的吸收峰已消失,并且紫外区309nm处的吸收峰减弱,但255nm处的吸收峰增强,说明活性黑KN-B染料中的偶氮键断裂后生成芳香胺类化合物,这些中间产物一部分可在厌氧条件下进行矿化,一部分需后续进一步好氧处理才能降解。用红外光谱分析,其结果与UV-可见光谱分析一致。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-13
第一章绪论  13-30
  1.1 印染废水来源  13
  1.2 印染废水常用的处理技术  13-17
    1.2.1 生化法  14-16
    1.2.2 几种新技术  16-17
  1.3 几种常用的高效厌氧反应器  17-19
  1.4 升流式厌氧污泥床(UASB)  19-23
    1.4.1 UASB反应器的影响因素  19-21
    1.4.2 国内外UASB反应器处理染料及印染废水的研究应用现状  21-23
  1.5 厌氧颗粒污泥  23-25
    1.5.1 厌氧颗粒污泥的结构及生物相  23-24
    1.5.2 厌氧颗粒污泥的性质  24-25
  1.6 染料生物脱色的研究进展  25-28
    1.6.1 染料生物污泥吸附的研究进展  25-26
    1.6.2 染料的生物降解性能研究进展  26-27
    1.6.3 染料生物降解脱色影响因素的研究  27-28
  1.7 课题来源及研究目的和意义  28-30
    1.7.1 课题来源  28
    1.7.2 研究的主要内容  28-29
    1.7.3 研究目的及意义  29-30
第二章 UASB反应器中活性黑KN-B染料的脱色效果  30-45
  2.1 实验材料及方法  30-33
    2.1.1 实验装置  30-31
    2.1.2 实验用水  31
    2.1.3 接种污泥  31-32
    2.1.4 实验方法  32
    2.1.5 分析项目及方法  32-33
  2.2 实验结果与讨论  33-44
    2.2.1 水力停留时间的确定  33-34
    2.2.2 进水葡萄糖浓度、染料浓度对UASB反应器运行性能及染料脱色的的影响  34-40
    2.2.3 硫酸钠浓度对UASB反应器运行性能及染料脱色的影响  40-42
    2.2.4 UASB反应器中的颗粒污泥特性  42-44
  2.3 小结  44-45
第三章厌氧颗粒污泥对活性黑KN-B的脱色研究  45-53
  3.1 材料与方法  45-47
    3.1.1 实验材料  45-46
    3.1.2 实验方法  46
    3.1.3 分析方法  46-47
  3.2 实验结果与讨论  47-51
    3.2.1 厌氧颗粒污泥对活性黑KN-B的吸附性能研究  47
    3.2.2 吸附等温线  47-49
    3.2.3 厌氧颗粒污泥吸附活性黑KN-B染料的机理探讨  49-50
    3.2.4 活性黑KN-B的生物吸附脱色与生物降解脱色的探讨  50-51
  3.3 小结  51-53
第四章厌氧颗粒污泥对活性黑KN-B生物降解脱色的影响因素研究  53-65
  4.1 有机污染物生物降解性能及其评价方法  53-54
    4.1.1 可生物降解性及测定  53
    4.1.2 有机物厌氧生物降解性能的测定及评价  53-54
  4.2 实验材料及方法  54-56
    4.2.1 实验材料  54
    4.2.2 实验研究方法  54-56
  4.3 实验结果与讨论  56-63
    4.3.1 厌氧颗粒污泥对活性黑KN-B的生物降解历程  56-57
    4.3.2 厌氧颗粒污泥对活性黑KN-B的降解动力学  57-58
    4.3.3 影响厌氧颗粒污泥对活性黑KN-B染料生物降解脱色的因素  58-61
    4.3.4 厌氧颗粒污泥降解活性黑的正交实验  61-63
    4.3.5 正交实验结果  63
  4.4 小结  63-65
第五章活性黑KN-B染料的降解途径初探  65-73
  5.1 活性黑KN-B染料降解产物的UV-可见光谱分析  65-68
  5.2 活性黑KN-B染料降解产物的IR检测  68-70
  5.3 活性黑KN-B染料降解产物的初步分析  70-72
  5.4 小结  72-73
第六章结论与建议  73-76
  6.1 结论  73-74
  6.2 建议  74-76
参考文献  76-85
攻读学位期间的主要学术成果  85-86
致谢  86

厌氧颗粒污泥对活性黑KN-B染料的生物降解脱色研究

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