兼氧活性污泥/铁/水多界相体系界面反应机制及调控因子研究

It is difficult for industrial wastewater to be treated by biological treatment because they contain large quantities of refractory and toxic orgainc pollutants. In the last decades, people studied to use iron for toxic organic compounds conversion and found that it has superiority in improving the biodegradability of wastewater.This subject will study the regulation factors and interface reaction mechanisms of the activated sludge/iron/water system under anocix condiction. The degradation effect of refractory organic compouds in different systems and will be studied. The effects of control factors such as the redox potential (ORP), pH value, organic load, hydraulic retention time, temperature and so on will be investigated. . The coversion of refractory and toxic organic pollutants such as PVA, nitrobenzene compounds and organophosphorus will be tracked and the biodegradability will be evaluated. We will look into the influence of various. The influence of iron with different valence states on microbial physiology and ecology and community structure will be compared. The electron transfer pathway in different systems will be studied with with the help of electrochromic nanoparticles materials and quantum mechanics / molecular mechanics calculation method. With the electric chemical or mineralogical analysis tools and microbial corrosion research methods, the action of microbial corrosion on the iron surface and the synchronous degradation of pollutants will be researched.

工业废水含有种类较多、数量较大的难降解甚至毒害性污染物而难以生物处理，将铁元素应用于转化毒害有机物的研究已表明其在提高废水生物可降解性方面具有优越性。本课题拟研究兼氧环境下活性污泥/铁/水多界相体系的界面反应机制和调控因子，考察不同多界相体系对毒害有机物的转化降解效果，考察氧化还原电位（ORP）、pH值、有机负荷、水力停留时间、温度等各调控因子对宏观反应结果的影响，探明各多界相体系对大分子难降解类有机物（如PVA）以及硝基苯类、有机磷类等毒害有机物的转化机制；比较不同价态铁元素对各体系中微生物生理生态和群落结构的影响，借助电致变色纳米材料、量子力学/分子力学计算方法研究体系内的电子传递途径；借助电化学、矿物学分析方法和微生物腐蚀的研究手段，研究微生物在铁表面的成膜特征以及对铁-水界面电化学反应同步降解污染物的影响，明晰活性污泥/铁/水各界面反应机制；为开发新型工业废水处理技术提供参考。

零价铁法已成功应用于多种工业废水预处理，且有研究表明其与水解酸化耦合具有更好的处理效果，该工艺中活性污泥/铁/水多界相的界面反应机制至今尚不清晰。研究以易降解的葡聚糖为基质，构建不同堆积方式的零价铁，不同价态铁-水解酸化活性污泥耦合体系探究零价铁、溶解态和固态二价铁或三价铁等不同价态铁对水解酸化过程、水解酸化微生物的活性及群落变化的影响，并初步探究水解酸化污泥对零价铁腐蚀的影响。研究中发现堆积在反应器中部的零价铁耦合水解酸化反应器效果最佳（包括最高的COD去除率以及VFAs产量等），微生物群落分析与零价铁腐蚀分析的结果均表明系统的差异性可能是异化铁还原过程所造成的。异化铁还原可利用胞外不溶性铁氧化物作为电子受体，氧化复杂有机物。后续研究采用染料废水中常见的难降解性大分子有机物聚乙烯醇（PVA）为基质，考察了铁氧化物-芬顿铁泥对其水解酸化性能及污泥特性和群落结构等的影响，研究发现相比于单独水解酸化系统，芬顿铁泥的添加使PVA的转化率提高了20.11%，总体酸化率提高了20.8%，并且使乙酸的比例从70.85%提高到81.79%，BOD5/COD 从0.091 提高到0.32。考虑到工业废水还含有大量毒害有机物，又研究了染料废水中分散蓝的中间产物-2-溴-4,6-二硝基苯胺（BNDA）在零价铁和铁氧化物耦合水解酸化系统中的转化降解、脱毒和可生化性的提高；并探究了两种含铁材料对水解酸化污泥特性等的影响。研究发现零价铁耦合水解酸化系统对BDNA去除率可达到99%，BOD5/COD可从0.21提升至0.67。但是柠檬酸铁对水解酸化系统可能因异化铁还原过程竞争电子而降低了BDNA的去除率与废水脱毒效果，但其BOD5/COD总体呈上升趋势。对以上过程中的胞外电子传递从EPS接受电子能力增强、污泥电导率增大以及群落中发现胞外呼吸菌等获得证明。研究结果为高效预处理难降解工业废水提供理论依据。