深海耐盐菌强化IMBR系统用于制革废水处理研究

摘要

制革废水由于具有污染物浓度高、有毒物质及无机盐含量高等特点，使得单独采用常规的生化处理工艺无法稳定运行，而传统的物化预处理结合生化处理工艺又存在耗费大量化学药剂、产生大量化学污泥等问题。为了寻找一种更为有效、经济的处理方法，本论文从深海沉积物（水深3667 m）中筛选、驯化得到3株耐盐优势功能菌，研究了在制革废水未经物化预处理的情况下，通过投加深海耐盐优势功能菌直接强化生化处理制革废水的工艺和处理效果；为了提高制革废水的回用率，本论文还研究了对制革废水生化处理系统出水进行臭氧催化氧化深度处理的技术工艺条件和处理效果。论文的主要研究内容及成果如下：
　　1.深海耐盐优势功能菌的分离、驯化及性能研究。结果表明，从深海沉积物中筛选、驯化得到的3株耐盐优势功能菌分别为副干酪乳杆菌（Lactobacillus caseiCL1107）、毕赤酵母属（Pichia jadiniiCL1705）、粘质沙雷氏菌（Serratia marcescensCL1502）；3株优势菌株均具有良好的Cr耐受性、耐盐性、高效去除COD、NH4+-N、还原Cr(VI)和脱除染料色度的功能；此外，CL1502和CL1705两株菌株还具有异养硝化-反硝化的能力，能同时去除NH4+-N、TN和COD；CL1107、CL1502、CL1705菌株的Cr(VI)最低抑制浓度分别为800 mg/L、400 mg/L、200 mg/L；CL1107菌株还原Cr(VI)和去除染料色度的最适pH值为6.0、最适温度为25 oC；CL1107菌株的偶氮还原酶位于细胞质上，而Cr(VI)还原酶主要位于细胞膜上；经过7 d反应后，CL1107菌株处理实际制革废水的COD、NH4+-N、色度、Cr(VI)去除率分别为51.2％、49.4%、76.4%、63.0%；经过2 d反应后，CL1502菌株处理实际制革废水的COD、NH4+-N、TN的去除率分别达到50.7%、59.8%、51.7%；经过2 d反应后，CL1705菌株处理实际制革废水的COD、NH4+-N、TN的去除率分别达到42.2%、46.8%、42.8%。
　　2.深海耐盐优势功能菌强化多级生物反应器处理制革废水的工艺研究。结果表明，在不经物化预处理的情况下，利用从深海沉积物中分离得到的优势菌强化多级生物反应器（IMBR）处理制革废水是切实可行的；在未进行物化预处理且不添加优势菌种时，系统的废水生化处理效果不理想，NH4+-N和TN的去除效率仅为30.8%和24.2%；而添加有优势菌种时，系统对 COD和 NH4+-N具有良好的去除效果和抗冲击负荷，系统的COD去除效率和去除负荷分别可达到96%和12.5 kg COD/(m3·d)，系统的NH4+-N和TN去除效率分别为97.0%和87.2%，系统的出水COD、NH4+-N和TN浓度分别可稳定在140 mg/L、2.5 mg/L、40 mg/L左右。在该系统内，有机物、NH4+-N和TN可同时降解，避免了常规情况下高浓度有机负荷对硝化反应的抑制作用；系统的COD去除负荷随进水有机负荷的增大而线性增大；系统具有良好的碱度平衡，无需额外添加碱度，就可高效稳定地进行硝化过程；系统具有良好的盐度耐受性，当盐度达到6%时仍能高效稳定运行。进水流量从1.5 L/h增加到5 L/h对系统的运行影响不大。通过对系统的动力学分析，发现 Stover-Kincannon动力学模型能够很好地描述该系统对 COD、NH4+-N和 TN的去除情况。
　　3.臭氧催化氧化法深度处理制革废水生化出水研究。结果表明，利用臭氧催化氧化法深度处理制革废水生化出水是可行的；与单独投加臭氧相比，所制备的Mn/Al2O3、Cu/Al2O3、Mn-Cu/Al2O3催化剂能明显提高制革废水生化出水的臭氧氧化处理效果；其中尤以Mn-Cu/Al2O3催化剂的催化性能最好。Mn-Cu/Al2O3催化剂催化臭氧氧化处理制革废水的最适pH值为7.0、最适催化剂投加量为2.0 g/L、最适臭氧投加量为0.3 g/h；在该条件下，反应60 min后，COD去除效率达到88%，出水COD浓度为17 mg/L。采用浸渍法制备的Mn-Cu/Al2O3催化剂具有良好的催化稳定性，重复使用5次后，COD去除效率仍可稳定在80%以上；在Mn-Cu/Al2O3臭氧催化氧化体系内，有机物的降解途径主要为臭氧分子的直接氧化以及溶液相和催化剂表面羟基自由基的间接氧化；通过分析臭氧催化氧化法降解COD的动力学过程，发现Mn-Cu/Al2O3催化剂催化臭氧氧化处理制革废水生化出水COD的反应速率常数为0.0328 min-1。

目录

第1章 引言

1.1 中国制革工业概述

1.2 制革工业废水来源和特性

1.3 制革工业废水处理的研究现状

1.4 废水生物强化技术

1.5 臭氧催化氧化法在废水中的应用

1.6 本文研究目的和内容

第2章 3株深海耐盐优势功能菌的筛选、鉴定和性能研究

2.1 实验材料与仪器

2.2 实验方法

2.3 结果讨论

2.4 本章小结

第3章 深海耐盐优势功能菌强化多级生物反应器（IMBR）处理制革废水研究

3.1 实验材料与仪器

3.2 实验方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 臭氧催化氧化法深度处理制革废水生化出水研究

4.1 实验材料与仪器

4.2 实验方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 本文的主要结论

5.2 本论文的创新点

5.3 今后工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的科研成果

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