CN107215956A - 一种碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，该方法为：对厌氧生物反应器中的新鲜污泥进行预处理，分阶段驯化厌氧颗粒污泥，驯化结束后加入一定量的碳纳米管，碳纳米管与驯化污泥质量比控制在0.005‑0.2，制备碳纳米管——厌氧污泥复合体，反应器以连续方式进行，调节基质负荷和水力停留时间，待反应器运行效能稳定后，进水中的偶氮染料逐步被厌氧去除。与单独厌氧生物处理相比，本发明大幅度提高了偶氮染料废水的厌氧生物降解性能，对反应器构型要求低、启动快速，工艺操作简单、能耗少。

Description

一种碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法
技术领域
本发明涉及偶氮染料废水的处理方法，尤其涉及一种碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，属于废水处理领域。
背景技术
偶氮染料是分子结构中含有一个或者多个偶氮基(-N＝N-)的染料，是纺织、造纸、制革等工业常用染料，其生产废水具有毒性强、含盐量高、致突变、致癌、难降解等特点，不经处理直接排放会对环境造成严重污染。偶氮染料废水的处理方法有物理、化学、生物法以及这些方法的组合。其中，生物法具有操作简单、运行成本低，无二次污染的优点，是偶氮染料废水的首选处理技术。废水中的有机物经厌氧水解酸化处理可提高其可生化性，有些结构简单的芳香化合物可直接经厌氧生物矿化和产甲烷，因此，厌氧生物处理难降解废水具有明显的技术和经济优势。目前常见的难降解废水厌氧处理工艺主要有厌氧活性污泥法、厌氧颗粒污泥法、惰性载体吸附或包埋固定化法等。
但上述厌氧生物处理工艺中存在的主要问题是：(1)厌氧活性污泥法中，难降解污染物厌氧代谢速率慢、降解率低、耐冲击负荷性能差；(2)包埋固定化法中，微生物颗粒的传质阻力大，机械性能以及生物活性较低，而且制作成本高，严重限制了其大规模应用；(3)惰性载体吸附工艺中，挂膜困难、启动周期长、生物膜易脱落；(4)厌氧颗粒污泥工艺中，反应器启动时间长、颗粒污泥传质阻力较大、稳定性差；有些工艺为了提高传质性能，通过出水回流方式形成的较高上升流速使能耗增加，而且对反应器构型有较高要求。
因此，亟待开发一种能克服上述缺陷的偶氮染料废水厌氧生物处理新工艺。
发明内容
本发明对目前常见厌氧生物处理偶氮染料废水工艺中存在的弊端，旨在提供一种碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，该方法可大幅提高偶氮染料废水的厌氧生物降解性能，对反应器构型要求低、启动快速，工艺操作简单、能耗少。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，包括以下步骤：
(1)污泥预处理：在厌氧生物反应器中添加新鲜活性污泥，调节其浓度为3-20g/L，初始pH控制在6-8，温度控制在20-60℃，利用泵往反应器内通入营养液；待出水COD稳定后，即获得活性较强的厌氧颗粒污泥；
(2)分阶段污泥驯化：污泥驯化初始，将偶氮染料废水稀释1-10倍后作为进水；每当偶氮染料去除率达80％以上时，再逐步加大进水中偶氮染料废水比例，进入下一轮驯化，直至驯化完成，得驯化污泥；污泥驯化期间，保持厌氧生物反应器中温度在10-60℃，溶解氧小于0.5mg/L；
(3)碳纳米管-厌氧污泥复合体制备：污泥驯化完成后，加入片长为10-30μm的碳纳米管，所述碳纳米管与所述驯化污泥质量比控制在0.005-0.2，厌氧生物反应器中温度保持在10-60℃，溶解氧小于0.5mg/L，反应18-36h；
(4)碳纳米管-厌氧污泥复合处理：碳纳米管-厌氧污泥复合体制备完成后，根据进水COD去除状况调整基质负荷和水力停留时间，启动厌氧生物反应器，反应器稳定运行后，进水中的偶氮染料逐步被厌氧去除；厌氧生物反应器运行期间，保持反应器中温度在10-60℃，溶解氧小于0.5mg/L。
作为优选，在步骤(1)中，调节所述新鲜活性污泥浓度为10g/L，初始pH控制在7，温度控制在37℃。
作为优选，在步骤(2)中，进行分阶段驯化采用的所述偶氮染料废水浓度为50-100mg/L。
作为优选，在步骤(2)中，保持厌氧生物反应器中温度在37℃。
作为优选，在步骤(3)中，保持厌氧生物反应器中温度在37℃。
作为优选，在步骤(3)中，所述碳纳米管与所述驯化污泥质量比控制在0.05-0.2。
作为优选，在步骤(4)中，保持厌氧生物反应器中温度在37℃。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过污泥预处理，采用浓度递增式污泥分阶段驯化，按特定质量比在厌氧生物反应器中原位制备碳纳米管-厌氧污泥复合体，对偶氮染料的去除产生协同增效作用：碳纳米管起到厌氧生物酶的氧化还原中间体作用，在生物酶的还原态与氧化态转变的过程中，发生电子或者质子的转移，促使偶氮键的还原，并在厌氧生物消耗有机碳源产生电子的过程中充当电子受体，得到电子并转移至染料分子结构中偶氮键上，且碳纳米管表面的含氧官能团可作为直接电子供体，同样提供电子或质子，促进染料还原降解，此外，结合复合体本身对偶氮染料具有的一定吸附作用，在整个厌氧处理过程中形成传质和沉降性能均良好的厌氧污泥膨胀床，能强化胞外电子传递性能和厌氧代谢过程，与单独厌氧生物处理相比，大幅度提高了偶氮染料废水的厌氧生物降解性能。
(2)本发明碳纳米管-厌氧污泥复合体的制备工艺简单、生物活性高、稳定性强。
(3)本发明方法对反应器构型要求低、启动快速、操作简单、能耗低。
(4)本发明克服了目前难降解偶氮染料废水厌氧处理工艺中存在的诸多弊端，为该类废水提供了一种高效、经济、环保的新型生物处理技术。
附图说明
图1为实施例1厌氧污泥预处理出水COD的曲线图。
图2为单独厌氧处理和碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料酸性橙7废水的曲线图，其中：纵坐标表示酸性橙7浓度(mg/L)，横坐标表示时间，单位为天；-■-代表单独厌氧处理时出水染料浓度；-●-代表碳纳米管强化厌氧污泥复合处理时出水染料浓度。
具体实施方式
下面结合附图，详细说明本发明的几个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1污泥预处理
在1#UASB反应器和2#UASB反应器中分别添加新鲜活性污泥，调节其浓度为10g/L，初始pH控制在7，温度控制在37℃，利用泵往反应器内通入营养液，待出水COD稳定后，即获得活性较强的厌氧颗粒污泥。如图1所示，本实施例中进水营养液COD值约在2000mg/L，在经过UASB反应器处理后，COD值迅速下降，在第10天时1#UASB反应器和2#UASB反应器中COD值分别下降到640mg/L和550mg/L以内；持续运行后，COD值继续保持下降趋势，在第45天之后反应器出水COD值稳定于150mg/L以内。
实施例2分阶段污泥驯化
待1#和2#UASB反应器出水COD稳定后，往进水中添加稀释后的酸性橙7，浓度由低到高以此为50mg/L、75mg/L和100mg/L，最后进水中酸性橙7的浓度保持在100mg/L；每当酸性橙7去除率达80％以上时，加入更高浓度的酸性橙7，进入下一轮驯化，直至驯化完成；污泥驯化期间，1#和2#UASB反应器采用连续方式运行，反应器中温度保持在37℃，溶解氧小于0.5mg/L。
实施例3碳纳米管-厌氧污泥复合体的制备及复合处理
保持1#和2#UASB反应器的进水酸性橙7浓度为100mg/L不变，往2#UASB反应器中加入3.0g片长为10-30μm的多壁碳纳米管，多壁碳纳米管与反应器内驯化污泥的质量比为0.075，分别制备得到碳纳米管-厌氧污泥复合体，1#和2#UASB反应器采用连续方式运行，1#和2#UASB反应器中温度保持在37℃，溶解氧小于0.5mg/L。如图2所示，表明反应器稳定运行后，上述碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方式其效果远大于单独厌氧处理，能够使酸性橙7的去除率提高50％。
如无特殊说明，以上实施例所使用的工业设备均为本领域通用产品。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)污泥预处理：在厌氧生物反应器中添加新鲜活性污泥，调节其浓度为3-20g/L，初始pH控制在6-8，温度控制在20-60℃，利用泵往反应器内通入营养液；待出水COD稳定后，即获得活性较强的厌氧颗粒污泥；
(2)分阶段污泥驯化：污泥驯化初始，将偶氮染料废水稀释1-10倍后作为进水；每当偶氮染料去除率达80％以上时，再逐步加大进水中偶氮染料废水比例，进入下一轮驯化，直至驯化完成，得驯化污泥；污泥驯化期间，保持厌氧生物反应器中温度在10-60℃，溶解氧小于0.5mg/L；
(3)碳纳米管-厌氧污泥复合体制备：污泥驯化完成后，加入片长为10-30μm的碳纳米管，所述碳纳米管与所述驯化污泥质量比控制在0.005-0.2，厌氧生物反应器中温度保持在10-60℃，溶解氧小于0.5mg/L，反应18-36h；
(4)碳纳米管-厌氧污泥复合处理：碳纳米管-厌氧污泥复合体制备完成后，根据进水COD去除状况调整基质负荷和水力停留时间，启动厌氧生物反应器，反应器稳定运行后，进水中的偶氮染料逐步被厌氧去除；厌氧生物反应器运行期间，保持反应器中温度在10-60℃，溶解氧小于0.5mg/L。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于：在步骤(1)中，调节所述新鲜活性污泥浓度为10g/L，初始pH控制在7，温度控制在37℃。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于：在步骤(2)中，进行分阶段驯化采用的所述偶氮染料废水浓度在50-100mg/L。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于：在步骤(2)中，保持厌氧生物反应器中温度在37℃。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于：在步骤(3)中，保持厌氧生物反应器中温度在37℃。
6.根据权利要求1所述的碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述碳纳米管与所述驯化污泥质量比控制在0.05-0.2。
7.根据权利要求1所述的碳纳米管强化厌氧污泥复合处理偶氮染料废水的方法，其特征在于：在步骤(4)中，保持厌氧生物反应器中温度在37℃。
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