一種碳納米管強化厭氧汙泥複合處理偶氮染料廢水的方法與流程
2023-10-28 02:39:32 4
本發明涉及偶氮染料廢水的處理方法，尤其涉及一種碳納米管強化厭氧汙泥複合處理偶氮染料廢水的方法，屬於廢水處理領域。
背景技術：
偶氮染料是分子結構中含有一個或者多個偶氮基(-n＝n-)的染料，是紡織、造紙、製革等工業常用染料，其生產廢水具有毒性強、含鹽量高、致突變、致癌、難降解等特點，不經處理直接排放會對環境造成嚴重汙染。偶氮染料廢水的處理方法有物理、化學、生物法以及這些方法的組合。其中，生物法具有操作簡單、運行成本低，無二次汙染的優點，是偶氮染料廢水的首選處理技術。廢水中的有機物經厭氧水解酸化處理可提高其可生化性，有些結構簡單的芳香化合物可直接經厭氧生物礦化和產甲烷，因此，厭氧生物處理難降解廢水具有明顯的技術和經濟優勢。目前常見的難降解廢水厭氧處理工藝主要有厭氧活性汙泥法、厭氧顆粒汙泥法、惰性載體吸附或包埋固定化法等。
但上述厭氧生物處理工藝中存在的主要問題是：(1)厭氧活性汙泥法中，難降解汙染物厭氧代謝速率慢、降解率低、耐衝擊負荷性能差；(2)包埋固定化法中，微生物顆粒的傳質阻力大，機械性能以及生物活性較低，而且製作成本高，嚴重限制了其大規模應用；(3)惰性載體吸附工藝中，掛膜困難、啟動周期長、生物膜易脫落；(4)厭氧顆粒汙泥工藝中，反應器啟動時間長、顆粒汙泥傳質阻力較大、穩定性差；有些工藝為了提高傳質性能，通過出水回流方式形成的較高上升流速使能耗增加，而且對反應器構型有較高要求。
因此，亟待開發一種能克服上述缺陷的偶氮染料廢水厭氧生物處理新工藝。
技術實現要素：
本發明對目前常見厭氧生物處理偶氮染料廢水工藝中存在的弊端，旨在提供一種碳納米管強化厭氧汙泥複合處理偶氮染料廢水的方法，該方法可大幅提高偶氮染料廢水的厭氧生物降解性能，對反應器構型要求低、啟動快速，工藝操作簡單、能耗少。
為達到上述目的，本發明採用以下技術方案：
一種碳納米管強化厭氧汙泥複合處理偶氮染料廢水的方法，包括以下步驟：
(1)汙泥預處理：在厭氧生物反應器中添加新鮮活性汙泥，調節其濃度為3-20g/l，初始ph控制在6-8，溫度控制在20-60℃，利用泵往反應器內通入營養液；待出水cod穩定後，即獲得活性較強的厭氧顆粒汙泥；
(2)分階段汙泥馴化：汙泥馴化初始，將偶氮染料廢水稀釋1-10倍後作為進水；每當偶氮染料去除率達80％以上時，再逐步加大進水中偶氮染料廢水比例，進入下一輪馴化，直至馴化完成，得馴化汙泥；汙泥馴化期間，保持厭氧生物反應器中溫度在10-60℃，溶解氧小於0.5mg/l；
(3)碳納米管-厭氧汙泥複合體製備：汙泥馴化完成後，加入片長為10-30μm的碳納米管，所述碳納米管與所述馴化汙泥質量比控制在0.005-0.2，厭氧生物反應器中溫度保持在10-60℃，溶解氧小於0.5mg/l，反應18-36h；
(4)碳納米管-厭氧汙泥複合處理：碳納米管-厭氧汙泥複合體製備完成後，根據進水cod去除狀況調整基質負荷和水力停留時間，啟動厭氧生物反應器，反應器穩定運行後，進水中的偶氮染料逐步被厭氧去除；厭氧生物反應器運行期間，保持反應器中溫度在10-60℃，溶解氧小於0.5mg/l。
作為優選，在步驟(1)中，調節所述新鮮活性汙泥濃度為10g/l，初始ph控制在7，溫度控制在37℃。
作為優選，在步驟(2)中，進行分階段馴化採用的所述偶氮染料廢水濃度為50-100mg/l。
作為優選，在步驟(2)中，保持厭氧生物反應器中溫度在37℃。
作為優選，在步驟(3)中，保持厭氧生物反應器中溫度在37℃。
作為優選，在步驟(3)中，所述碳納米管與所述馴化汙泥質量比控制在0.05-0.2。
作為優選，在步驟(4)中，保持厭氧生物反應器中溫度在37℃。
本發明具有以下有益效果：
(1)本發明通過汙泥預處理，採用濃度遞增式汙泥分階段馴化，按特定質量比在厭氧生物反應器中原位製備碳納米管-厭氧汙泥複合體，對偶氮染料的去除產生協同增效作用：碳納米管起到厭氧生物酶的氧化還原中間體作用，在生物酶的還原態與氧化態轉變的過程中，發生電子或者質子的轉移，促使偶氮鍵的還原，並在厭氧生物消耗有機碳源產生電子的過程中充當電子受體，得到電子並轉移至染料分子結構中偶氮鍵上，且碳納米管表面的含氧官能團可作為直接電子供體，同樣提供電子或質子，促進染料還原降解，此外，結合複合體本身對偶氮染料具有的一定吸附作用，在整個厭氧處理過程中形成傳質和沉降性能均良好的厭氧汙泥膨脹床，能強化胞外電子傳遞性能和厭氧代謝過程，與單獨厭氧生物處理相比，大幅度提高了偶氮染料廢水的厭氧生物降解性能。
(2)本發明碳納米管-厭氧汙泥複合體的製備工藝簡單、生物活性高、穩定性強。
(3)本發明方法對反應器構型要求低、啟動快速、操作簡單、能耗低。
(4)本發明克服了目前難降解偶氮染料廢水厭氧處理工藝中存在的諸多弊端，為該類廢水提供了一種高效、經濟、環保的新型生物處理技術。
附圖說明
圖1為實施例1厭氧汙泥預處理出水cod的曲線圖。
圖2為單獨厭氧處理和碳納米管強化厭氧汙泥複合處理偶氮染料酸性橙7廢水的曲線圖，其中：縱坐標表示酸性橙7濃度(mg/l)，橫坐標表示時間，單位為天；-■-代表單獨厭氧處理時出水染料濃度；-●-代表碳納米管強化厭氧汙泥複合處理時出水染料濃度。
具體實施方式
下面結合附圖，詳細說明本發明的幾個具體實施例，但不對本發明的權利要求做任何限定。
實施例1汙泥預處理
在1#uasb反應器和2#uasb反應器中分別添加新鮮活性汙泥，調節其濃度為10g/l，初始ph控制在7，溫度控制在37℃，利用泵往反應器內通入營養液，待出水cod穩定後，即獲得活性較強的厭氧顆粒汙泥。如圖1所示，本實施例中進水營養液cod值約在2000mg/l，在經過uasb反應器處理後，cod值迅速下降，在第10天時1#uasb反應器和2#uasb反應器中cod值分別下降到640mg/l和550mg/l以內；持續運行後，cod值繼續保持下降趨勢，在第45天之後反應器出水cod值穩定於150mg/l以內。
實施例2分階段汙泥馴化
待1#和2#uasb反應器出水cod穩定後，往進水中添加稀釋後的酸性橙7，濃度由低到高以此為50mg/l、75mg/l和100mg/l，最後進水中酸性橙7的濃度保持在100mg/l；每當酸性橙7去除率達80％以上時，加入更高濃度的酸性橙7，進入下一輪馴化，直至馴化完成；汙泥馴化期間，1#和2#uasb反應器採用連續方式運行，反應器中溫度保持在37℃，溶解氧小於0.5mg/l。
實施例3碳納米管-厭氧汙泥複合體的製備及複合處理
保持1#和2#uasb反應器的進水酸性橙7濃度為100mg/l不變，往2#uasb反應器中加入3.0g片長為10-30μm的多壁碳納米管，多壁碳納米管與反應器內馴化汙泥的質量比為0.075，分別製備得到碳納米管-厭氧汙泥複合體，1#和2#uasb反應器採用連續方式運行，1#和2#uasb反應器中溫度保持在37℃，溶解氧小於0.5mg/l。如圖2所示，表明反應器穩定運行後，上述碳納米管強化厭氧汙泥複合處理偶氮染料廢水的方式其效果遠大於單獨厭氧處理，能夠使酸性橙7的去除率提高50％。
如無特殊說明，以上實施例所使用的工業設備均為本領域通用產品。
可以理解的是，以上關於本發明的具體描述，僅用於說明本發明而並非受限於本發明實施例所描述的技術方案。本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或等同替換，以達到相同的技術效果；只要滿足使用需要，都在本發明的保護範圍之內。