电解-A/O-DMBR处理含酚废水实验研究

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含酚废水主要来源于焦化厂、煤气厂、石油炼制厂、印染厂以及医药化工企业等,其中典型污染物有喹啉、吲哚、苯酚和苯酚同系物,这类废水因毒性大、可生化性低、难处理等特点成为水处理行业的重难点。我国目前正处于经济迅猛发展期,由此而带来的工业废水污染问题日益严重,因此,针对此类废水提出切实可行的处理手段已迫在眉睫。电解法作为一种高效能、低污染的高级氧化技术,具有氧化性强、操作简单、占地面积小、无二次污染等优点,其在废水处理领域已彰显出重要地位;动态膜生物反应器(DMBR)作为一种新型城镇污水处理技术,不仅具备传统膜生物反应器(MBR)出水水质好、产泥率低等优点,同时具有过滤通量大、反冲洗较方便等特点,使其成为一种替代传统工艺的潜在技术。本课题采用电解-A/O-DMBR耦合工艺处理含酚废水,主要探究耦合工艺对污染去除效果以及污泥混合液特性与膜污染内在联系,以寻求一种高效能、低污染的废水处理方法,以期为有毒有害废水处理领域提供科学依据和理论基础。本研究以人工配置的含酚废水为研究对象,考察A/O-DMBR工艺对进水苯酚极限耐受浓度以及在此范围内最佳工艺参数,实验选取水力停留时间(HRT)、回流比(R)和溶解氧(DO)作为探究因素。结果表明:A/O-DMBR系统对苯酚极限耐受浓度为110mg/L;最佳工艺参数为:水力停留时间为24h、回流比为200%、溶解氧为3mg/L时最为合适。参考大量含酚废水处理相关文献,确定将电解法作为废水预处理手段。采用单因素实验考察初始pH、电压、极板间距、电解质浓度和初始苯酚浓度等影响因素对预处理效果的影响;在此基础上,利用响应面分析法(RSM)对各因素进行优化并确定影响程度相对大小;在最佳工艺参数基础上进一步探究不同进水苯酚浓度下有机物降解动力学模型。实验结果表明:各影响因素对苯酚去除率贡献大小为电压>电解质浓度>极板间距>初始pH>初始浓度;电压+初始浓度、电解质浓度+初始浓度对苯酚去除率具有高度显著性(P<0.01)。最佳电解参数:初始pH为6.56、电压为24.93V、极板间距为20.05mm、电解质浓度为2.46g/L、初始浓度为368.87mg/L时,苯酚出水浓度为10.84mg/L,实验验证值为17.89mg/L。在最佳参数下分别对浓度为100mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L和500mg/L苯酚进行电解处理,结果表明5个浓度梯度的电解过程均符合一级反应动力学模型。在最佳工艺条件下,研究电解-A/O-DMBR耦合工艺对污染物去除效果以及污泥混合液特性与膜污染阻力之间内在联系。结果表明:耦合工艺对苯酚、COD、TP、氨氮和总氮均有良好处理效果,去除率分别达到100%、98%、89%、92.5%和86%。通过相关性分析发现,污泥浓度(MLSS)、污泥粘度、相对疏水性(RH)、溶解性微生物产物(SMP)与膜污染阻力(Rf)之间均存在关系,各影响因素对Rf的贡献率排序为:MLSS>SMP>粘度=RH。其中,MLSS与污泥粘度相关性较强(rp=0.788),实验表明将MLSS控制在6g/L以内不仅可以降低污泥粘度还能延缓工艺运行周期。借助三维荧光光谱(EEM)技术发现,SMP组分中以腐殖酸、富里酸和蛋白质为主,对比膜池和出水中SMP组分能够看出,蛋白质作为大分子物质大部分被截留在膜池中,而蛋白质含量与Rf相关系数为0.723,进一步证明:蛋白质是造成膜污染的重要原因之一;通过测定SMP中多糖含量发现,多糖作为亲水性基团主要提供者与RH有紧密关系,且二者都是引起膜通量下降重要原因。通过多元线性回归分析得出膜污染阻力模型:Rf(×1011)=0.855+0.244MLSS+0.588粘度-0.004RH+0.008SMP。
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