零價(jià)鐵強(qiáng)化厭氧處理煤化工費(fèi)托合成廢水的研究.pdf

1、隨著煤化工行業(yè)的大力發(fā)展，伴隨著經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出的同時(shí)，煤化工所帶來(lái)的環(huán)境污染尤其是水污染越來(lái)越多的受到重視。費(fèi)托合成是煤制油的一個(gè)重要工段但同時(shí)也產(chǎn)生了大量的費(fèi)托合成廢水，費(fèi)托合成廢水作為一種較難處理的工業(yè)廢水具有高CODCr、低pH、水量大、水質(zhì)復(fù)雜等特點(diǎn)，目前針對(duì)費(fèi)托合成廢水處理工藝方面的研究還很少，因此本研究針對(duì)費(fèi)托合成廢水的處理而展開。零價(jià)鐵強(qiáng)化作為厭氧生物處理的改進(jìn)工藝不僅延續(xù)了厭氧生物處理的高效性、低能耗等特點(diǎn)，同時(shí)零價(jià)鐵的投

2、加對(duì)反應(yīng)器處理效能和產(chǎn)甲烷菌代謝活性等方面也起到了促進(jìn)作用。目前零價(jià)鐵強(qiáng)化厭氧生物處理技術(shù)得到了廣泛的研究和實(shí)際應(yīng)用，但在針對(duì)費(fèi)托合成廢水的處理中還鮮有報(bào)道，因此本研究采用零價(jià)鐵強(qiáng)化厭氧處理費(fèi)托合成廢水，通過(guò)兩階段的實(shí)驗(yàn)對(duì)其可行性和零價(jià)鐵的強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行了探究，為實(shí)際工程中費(fèi)托合成廢水的處理提供了理論依據(jù)。
　　第一階段實(shí)驗(yàn)探究采用模擬費(fèi)托合成廢水作為底物，采用靜態(tài)實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)反應(yīng)器去除效能的影響并對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。首先設(shè)計(jì)

3、單因素實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中主要變量有系統(tǒng)初始pH、零價(jià)鐵粒徑和零價(jià)鐵投加量，結(jié)果證明系統(tǒng)初始pH和零價(jià)鐵投加量均存在最優(yōu)值，而零價(jià)鐵粒徑越小反應(yīng)器的去除效果越好。之后采用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)曲面分析，得出最優(yōu)實(shí)驗(yàn)參數(shù)為初始pH=6、零價(jià)鐵投加量2.45g/L、零價(jià)鐵粒徑475目。采用最優(yōu)實(shí)驗(yàn)參數(shù)與單獨(dú)投加Fe2+進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證名最優(yōu)條件下反應(yīng)器CODCr去除率更高，達(dá)到74.5％。零價(jià)鐵對(duì)系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)（pH、

4、ORP）的影響主要表現(xiàn)在中和系統(tǒng)中有機(jī)酸，提升系統(tǒng)pH，同時(shí)其還原性使系統(tǒng)ORP降低，整個(gè)反應(yīng)環(huán)境更適合厭氧消化的進(jìn)行。
　　第二階段實(shí)驗(yàn)探究采用UASB反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)流實(shí)驗(yàn)，設(shè)置對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)反應(yīng)器的有機(jī)物去除效率、產(chǎn)氣/產(chǎn)甲烷能力、EPS的含量和組成成分及其對(duì)厭氧污泥顆?；挠绊懙确矫孢M(jìn)行觀測(cè)。結(jié)果證明零價(jià)鐵對(duì)UASB處理模擬費(fèi)托合成廢水強(qiáng)化效果顯著，實(shí)驗(yàn)組穩(wěn)定運(yùn)行期間平均CODCr去除率達(dá)到80.6%，甲烷產(chǎn)

5、量達(dá)到1.65L·L-1·d-1，二者均高于對(duì)照組，同時(shí)實(shí)驗(yàn)組中更早觀察到顆粒污泥的出現(xiàn)，表明零價(jià)鐵提升了反應(yīng)器處理效能和其穩(wěn)定性。對(duì)厭氧污泥中總鐵和不同形態(tài)鐵含量的測(cè)定表明：零價(jià)鐵作為鐵源顯著提高了污泥中總鐵和生物有效性鐵的含量，滿足了產(chǎn)甲烷菌對(duì)鐵元素的需求。
　　另外，對(duì)產(chǎn)甲烷菌特征酶輔酶F420和F430的含量進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明對(duì)照組F420和F430的含量分別為1.84umol/gVSS和0.76umol Ni/gVSS

6、，相比之下實(shí)驗(yàn)組含量上升至2.86umol/gVSS和0.92umol Ni/gVSS，同時(shí)結(jié)合對(duì)厭氧污泥的紅外光譜分析和污泥EPS中蛋白質(zhì)含量的分析，證明零價(jià)鐵能促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌的代謝活性。對(duì)厭氧污泥進(jìn)行高通量測(cè)序，結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)組的OTU數(shù)為546，對(duì)照組為530，微生物菌落多樣性有所提高；對(duì)厭氧系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)菌屬進(jìn)行分析，證明零價(jià)鐵的投加增大了產(chǎn)甲烷菌的豐度，使優(yōu)勢(shì)菌屬發(fā)生改變。Methanoregula優(yōu)勢(shì)菌屬的地位得以進(jìn)一步強(qiáng)化，同時(shí)

7、Methanospirillum、Methanomethylovorans和Methanosaeta含量降低，而Methanobacterium、Methanolinea和Methanosarcina含量升高。
　　綜上所述，得出最終結(jié)論：零價(jià)鐵強(qiáng)化厭氧生物處理工藝處理模擬費(fèi)托合成廢水表現(xiàn)出良好的處理效果，具有可行性。在反應(yīng)過(guò)程中，零價(jià)鐵通過(guò)改善厭氧環(huán)境、提升反應(yīng)器穩(wěn)定性、改變甲烷合成途徑以及釋放Fe2+的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)厭氧生物處理