零價鐵強化厭氧處理煤化工費托合成廢水的研究.pdf

1、隨著煤化工行業(yè)的大力發(fā)展，伴隨著經(jīng)濟效益產(chǎn)出的同時，煤化工所帶來的環(huán)境污染尤其是水污染越來越多的受到重視。費托合成是煤制油的一個重要工段但同時也產(chǎn)生了大量的費托合成廢水，費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，目前針對費托合成廢水處理工藝方面的研究還很少，因此本研究針對費托合成廢水的處理而展開。零價鐵強化作為厭氧生物處理的改進工藝不僅延續(xù)了厭氧生物處理的高效性、低能耗等特點，同時零價鐵的投

2、加對反應(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作用。目前零價鐵強化厭氧生物處理技術(shù)得到了廣泛的研究和實際應(yīng)用，但在針對費托合成廢水的處理中還鮮有報道，因此本研究采用零價鐵強化厭氧處理費托合成廢水，通過兩階段的實驗對其可行性和零價鐵的強化機理進行了探究，為實際工程中費托合成廢水的處理提供了理論依據(jù)。
　　第一階段實驗探究采用模擬費托合成廢水作為底物，采用靜態(tài)實驗探究實驗參數(shù)對反應(yīng)器去除效能的影響并對實驗參數(shù)進行優(yōu)化。首先設(shè)計

3、單因素實驗，實驗中主要變量有系統(tǒng)初始pH、零價鐵粒徑和零價鐵投加量，結(jié)果證明系統(tǒng)初始pH和零價鐵投加量均存在最優(yōu)值，而零價鐵粒徑越小反應(yīng)器的去除效果越好。之后采用Box-Behnken實驗設(shè)計并對實驗結(jié)果進行響應(yīng)曲面分析，得出最優(yōu)實驗參數(shù)為初始pH=6、零價鐵投加量2.45g/L、零價鐵粒徑475目。采用最優(yōu)實驗參數(shù)與單獨投加Fe2+進行對比實驗，結(jié)果證名最優(yōu)條件下反應(yīng)器CODCr去除率更高，達到74.5％。零價鐵對系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)（pH、

4、ORP）的影響主要表現(xiàn)在中和系統(tǒng)中有機酸，提升系統(tǒng)pH，同時其還原性使系統(tǒng)ORP降低，整個反應(yīng)環(huán)境更適合厭氧消化的進行。
　　第二階段實驗探究采用UASB反應(yīng)器進行連續(xù)流實驗，設(shè)置對照組和實驗組，在實驗過程中對反應(yīng)器的有機物去除效率、產(chǎn)氣/產(chǎn)甲烷能力、EPS的含量和組成成分及其對厭氧污泥顆?；挠绊懙确矫孢M行觀測。結(jié)果證明零價鐵對UASB處理模擬費托合成廢水強化效果顯著，實驗組穩(wěn)定運行期間平均CODCr去除率達到80.6%，甲烷產(chǎn)

5、量達到1.65L·L-1·d-1，二者均高于對照組，同時實驗組中更早觀察到顆粒污泥的出現(xiàn)，表明零價鐵提升了反應(yīng)器處理效能和其穩(wěn)定性。對厭氧污泥中總鐵和不同形態(tài)鐵含量的測定表明：零價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)甲烷菌對鐵元素的需求。
　　另外，對產(chǎn)甲烷菌特征酶輔酶F420和F430的含量進行了檢測，結(jié)果表明對照組F420和F430的含量分別為1.84umol/gVSS和0.76umol Ni/gVSS

6、，相比之下實驗組含量上升至2.86umol/gVSS和0.92umol Ni/gVSS，同時結(jié)合對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，證明零價鐵能促進產(chǎn)甲烷菌的代謝活性。對厭氧污泥進行高通量測序，結(jié)果表明：實驗組的OTU數(shù)為546，對照組為530，微生物菌落多樣性有所提高；對厭氧系統(tǒng)中優(yōu)勢菌屬進行分析，證明零價鐵的投加增大了產(chǎn)甲烷菌的豐度，使優(yōu)勢菌屬發(fā)生改變。Methanoregula優(yōu)勢菌屬的地位得以進一步強化，同時

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：零價鐵強化厭氧生物處理工藝處理模擬費托合成廢水表現(xiàn)出良好的處理效果，具有可行性。在反應(yīng)過程中，零價鐵通過改善厭氧環(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+的方式實現(xiàn)了對厭氧生物處理