氧化石墨烯/纳米磁粉复合物强化微氧活性污泥处理制浆中段废水的研究

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制浆中段废水含有木质素降解产物及其衍生物,成分复杂,毒性高,且可生化性差。微氧活性污泥工艺同时存在好氧、厌氧区,是处理制浆中段废水的经济有效技术,但该工艺存在易产生污泥膨胀、降解优势菌不易富集的缺点。本研究采用氧化石墨烯/纳米磁粉复合物强化微氧活性污泥工艺处理制浆中段废水,解决了微氧条件活性污泥膨胀问题,并为生长繁殖慢的优势菌提供电子穿梭体和附着点,为制浆中段废水处理提供经济高效的新型技术和理论支持。首先,采用超声机械复合法制备氧化石墨烯/纳米磁粉复合物,并采用X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)表征结合微生物生长曲线和降解有机废水实验确定纳米磁粉与氧化石墨烯合适的复合比为1:2,复合材料的适宜投加量为0.6g/L。然后研究氧化石墨烯/纳米磁粉复合物(MGO组)对微氧活性污泥处理制浆中段废水驯化过程的影响,并以不加复合物(空白组)、单独加纳米磁粉(M组)和氧化石墨烯(GO组)作为对照。结果表明,整个驯化过程,MGO组的处理效果优于3个对照组,其CODCr和UV254去除率最高达到84.52%和54.51%,而空白组、M组及GO组分别为74.33%和32.65%、79.31%和41.78%、77.48%和38.44%。且MGO组的MLSS高于3个对照组,污泥沉降性能和絮凝性能均优于3个对照组。采用高通量测序技术对各体系优势菌群进行分析,结果表明,各驯化阶段,MGO组降解优势菌相对百分比和多样性较高,形成了稳定的共代谢菌群;M组降解优势菌相对百分比较高,但多样性较低;而GO组降解优势菌相对百分比和多样性比MGO组明显降低,但高于空白。驯化结束后,探讨MGO存在下pH冲击对微氧活性污泥系统的影响,并设置空白组作为对照。结果表明MGO组更能抵抗pH冲击,冲击后在较短的时间内处理效果、污泥活性和理化特性就可以恢复正常。最后,从污染物降解动力学和污泥ETS活性角度结合降解中间产物研究氧化石墨烯复合/纳米磁粉复合物促进微氧活性污泥降解制浆中段废水的机理,并以空白作为对照。基质降解动力学结果表明,MGO组降解速率常数(0.08846h-1)明显高于空白(0.05982h-1),最大比底物降解速率(12.0627 mg/(gTSS·h))也明显高于空白组(7.0224 mg/(gTSS·h)),表明MGO的存在能明显促进微生物降解污染物的速率。采用TTC-ETS活性分析法结合米-门公式(Michaelis-Menten)得到MGO组最大TTC-ETS活性(UmT)为312.50 mg TF·(g TSS·h)-1,明显高于空白组的151.52 mg TF·(g TSS·h)-1,表明MGO的存在能明显增加微生物的活性。通过GC-MS分析表明MGO组出水中的大部分苯系化合物被降解为烷烃、醇类、酯类等物质,污染物降解较彻底,表明MGO的存在提高了有毒有害的物质转化为无毒无害的小分子物质的效率。
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