商丘醫(yī)院污水處理設(shè)備報(bào)價(jià)
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難降解有機(jī)物吸附隨著目前生活污水和工業(yè)廢水的種類和排放量不斷增加,越來(lái)越多的難降解有機(jī)物被排放到了自然水體,如酚、烷基苯磺酸、氯*、農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、硝基芳烴化合物、染料及腐殖酸等,其中有些有機(jī)物具有致癌、致畸、致突變等作用,對(duì)環(huán)境和人類有巨大的危害。難降解廢水常用的技術(shù)是吸附法,目前常用的吸附劑有活性炭、大孔樹(shù)脂等,相比于常規(guī)吸附劑[4],功能化SBA-15具有更大的吸附量、易再生、材料結(jié)構(gòu)易控制以及可根據(jù)需要合并上不同的功能基團(tuán)等優(yōu)點(diǎn),因此功能化SBA-15在吸附難降解有機(jī)物上有和好的前景。藥物生產(chǎn)廢水由于其成分的復(fù)雜性、難降解性,采用常規(guī)的廢水處理方法很難達(dá)到較好的效果。Bremner等采用一鍋法,F(xiàn)eCl3與TEOS一起加入P123酸性溶液得到Fe2O3/SBA-15材料,將Fe2O3/SBA-15材料與其他裝置組裝了于US/Fe2O3/SBA-15/H2O2(超聲波—芬頓)系統(tǒng),zui后得出584kHz頻率超聲波降解含酚溶液的效率高。
預(yù)水解法預(yù)水解法是將硅源或功能單體先加入P123溶液中,水解一段時(shí)間后再加入另外的功能單體或硅源進(jìn)行溶膠-凝膠的過(guò)程,包括硅源的預(yù)水解和功能單體的預(yù)水解兩種方法。硅源預(yù)水解由于硅源已經(jīng)水解了一段時(shí)間,SBA-15雛形已經(jīng)基本形成,因此再加入功能單體對(duì)有序介觀結(jié)構(gòu)的影響也很小,在一定功能單體的含量下得到的材料具有良好的有序性;然而功能單體預(yù)水解是主要考慮硅源與功能單體水解速率的不同而設(shè)計(jì)的一種方法(這里只針對(duì)水解速率比硅源快的部分功能單體或其保護(hù)后的物質(zhì)),zui后得到的材料同樣具有良好的有序性。
在調(diào)試初期,總氮去除能力不明顯,但是運(yùn)行一周之后,工程表現(xiàn)出了優(yōu)異的總氮去除性能,總氮去除率高達(dá)78%以上。出水中總氮濃度略微高于硝酸鹽氮,說(shuō)明廢水中的有機(jī)氮基本上轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮了。通過(guò)廢水水質(zhì)分析發(fā)現(xiàn),廢水中COD/TN約14,高于一般城市生活污水,說(shuō)明了總氮的去除與碳源濃度水平關(guān)系較大。
微生物處理廢水的機(jī)理就是通過(guò)微生物的新陳代謝活動(dòng),把廢水中的有機(jī)物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的、無(wú)害的物質(zhì),從而達(dá)到凈化廢水的方法。根據(jù)微生物新陳代謝過(guò)程中是否有氧的參與,廢水的微生物凈化方法分為好氧凈化和厭氧凈化。
整個(gè)廢水厭氧發(fā)酵過(guò)程涉及多種菌群交替作用,每種菌群都有不同的生活基質(zhì)和生活條件要求,構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。這種廢水處理方法不僅菌群獲得營(yíng)養(yǎng),廢水得到凈化,還能開(kāi)發(fā)新的生物能源,所以倍受人們重視。術(shù)和現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,構(gòu)建定向、高效分解污染物的微生物已成為現(xiàn)實(shí)。所以,利用微生物治理廢水是今后環(huán)保產(chǎn)業(yè)的主攻方向,合理利用微生物處理廢水具有非常廣闊的發(fā)展前景。
SBA-15的合成是將P123作為模版分子,TEOS作為硅源,在酸性和一定溫度條件下進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)的過(guò)程。歸納起來(lái),合成SBA-15會(huì)經(jīng)歷P123溶解(酸性條件)—硅源的加入(水解縮聚)—晶化(進(jìn)一步縮聚、固化)這大致三個(gè)過(guò)程[5]。SBA-15目前較合理的合成機(jī)理是stucky小組提出的協(xié)同作用機(jī)理(CFM),該機(jī)理認(rèn)為無(wú)機(jī)前驅(qū)體和有機(jī)模版劑在分子水平上物種相互之間的協(xié)同合作共組裝是有序介觀排列結(jié)構(gòu)的來(lái)源,可表示為(S0H+)(X-I+)(S0代表表面活性劑P123,X-代表陰離子,I+代表Si+或Si-OH+),其間存在氫鍵、范德華力的作用。SBA-15功能化目前有一鍋法、預(yù)水解法、后修飾法,對(duì)于不同的功能基團(tuán)由于其水解速率、親疏水性、質(zhì)子化程度等化學(xué)性能的不同會(huì)采取不同的功能化方法。
好氧凈化在有氧的條件下,好氧微生物通過(guò)自身的分解、合成代謝,把廢水中的有機(jī)物礦物化的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中,微生物不僅自身得到了生長(zhǎng)、繁殖。廢水也得到凈化。廢水微生物好氧凈化法就是模擬這個(gè)原理來(lái)凈化污水的。目前常用的好氧廢水處理法有:活性污泥法、生物膜法、氧化塘法等。活性污泥法:活性污泥其實(shí)就是廢水中的好氧微生物生長(zhǎng)、繁殖形成的一種絮狀體。其生物組成為好氧微生物、兼性厭氧微生物和專性厭氧微生物、有機(jī)和無(wú)機(jī)固體等。
利用分子生物學(xué)技術(shù),人工構(gòu)建基因工程菌處理廢水
相比較于傳統(tǒng)的微生物處理廢水法,利用基因工程菌處理廢水是當(dāng)前用微生物處理廢水的重要發(fā)展方向,它具有定向性和高效性的特點(diǎn)。構(gòu)建的基因工程菌,不僅能在廢水處理過(guò)程中快速繁殖、絮凝,滿足數(shù)量需求,而且在高毒環(huán)境的水體中,也具有高效的分解、轉(zhuǎn)化性能,甚至可以針對(duì)特異的污染物進(jìn)行分解、轉(zhuǎn)化,基因工程菌也可以廣泛的分解污染物。
在生化脫氮工程中,污泥沉降能極大地影響了工程的穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)測(cè)定污泥沉降比考察了污泥沉降性能。工程調(diào)試1個(gè)月內(nèi),各污水池內(nèi)污泥沉降性能良好,SV為30%左右。隨后,缺氧池、好氧池中污泥SV明顯上升,并穩(wěn)定在70%~80%,此時(shí),缺氧池、好氧池內(nèi)污泥沉降性能變差。調(diào)試期間,污泥濃度變化不大,污泥沉降性能與污泥性狀關(guān)系密切,但同時(shí)高濃度硝酸鹽的存在會(huì)誘使沉降過(guò)程中的反硝化,產(chǎn)生的氮?dú)鈺?huì)影響污泥的沉降。通過(guò)調(diào)試期間數(shù)據(jù)分析,出水中硝酸鹽氮濃度不高于100mg/L時(shí),污泥的沉降性能受反硝化過(guò)程影響不大。
活性污泥具有很強(qiáng)的吸附、氧化分解有機(jī)物或毒物的能力。
生物膜法:這種處理法的實(shí)質(zhì)是使細(xì)菌等微生物和原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等附著在濾料或載體上生長(zhǎng)繁育,并在其上形成膜狀生物污泥---生物膜。常見(jiàn)的生物膜法有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、生物流化床等。氧化塘法氧化塘中,廢水中的污染物主要通過(guò)懸浮于廢水中的有機(jī)菌藻共生作用、水中微生物代謝活動(dòng)進(jìn)行降解,水中藻類光合作用能增高溶解氧濃度,氧化塘廢水中的細(xì)菌可將廢水有機(jī)物分解變成二氧化碳、硝酸根等無(wú)機(jī)物,沉積于污泥中的有機(jī)物則可通過(guò)厭氧菌分解成甲烷、硫化氫等被藻類利用,從而使廢水得到凈化。
工程COD去除效果
工程調(diào)試前,污水站已經(jīng)運(yùn)行了半年多,一直不穩(wěn)定。為了評(píng)價(jià)和優(yōu)化污水站的運(yùn)行參數(shù),通過(guò)逐步提高進(jìn)水濃度和提升進(jìn)水負(fù)荷,考察其處理效率。調(diào)試開(kāi)始,進(jìn)水COD濃度控制在2000mg?L-1左右,由于企業(yè)排水水質(zhì)的變化,進(jìn)水濃度無(wú)法穩(wěn)定控制。運(yùn)行開(kāi)始,隨著進(jìn)水濃度升高,出水濃度基本穩(wěn)定在100mg?L-1左右,運(yùn)行1個(gè)月左右出水濃度略微降低,穩(wěn)定在80mg?L-1左右。隨后,當(dāng)進(jìn)水濃度升高到8000mg?L-1以后,出水COD逐步升高,并當(dāng)進(jìn)水濃度為19000mg?L-1左右時(shí),出水COD升高到130mg?L-1左右,COD去除率高達(dá)99%以上。顯然,再進(jìn)一步提高進(jìn)水COD,可預(yù)測(cè)出水COD會(huì)進(jìn)一步上升。考慮到企業(yè)污水水質(zhì)和成分特點(diǎn),沒(méi)有進(jìn)一步考察更高濃度進(jìn)水對(duì)污水站運(yùn)行性能的影響。工程調(diào)試表明,類廢水的可生化性良好,適宜于采用生化處理。
2.2工程氨氮去除效果
含氮廢水生化處理過(guò)程中,有機(jī)氮首先轉(zhuǎn)化為氨氮,隨后被氧化為硝酸鹽。調(diào)試開(kāi)始盡管進(jìn)水氨氮和總氮濃度比較低(氨氮濃度小于100mg?L-1),但是出水氨氮較高,達(dá)到20mg?L-1左右。隨著微生物進(jìn)一步馴化和進(jìn)水濃度的提升,出水氨氮明顯降低;當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度小于350mg?L-1時(shí),出水氨氮濃度不高于5mg?L-1。但是當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度進(jìn)一步提升到600mg.L-1左右時(shí),出水氨氮濃度升高到13mg?L-1左右。與此同時(shí),出水中氨氮的氧化產(chǎn)物硝酸鹽含量隨著進(jìn)水氨氮濃度的升高而升高,但是明顯低于氨氮的去除濃度。
2.3工程總氮去除效果
隨著我國(guó)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題和總氮控制的日益重視,工業(yè)污水總氮控制迫在眉睫。污水站氨氮去除效果良好,并不能夠說(shuō)明總氮去除效果佳。4。廢水中總氮濃度明顯高于氨氮,隨著進(jìn)水濃度的提升(zui高達(dá)1300mg?L-1),出水總氮也隨之升高。
2.2厭氧凈化在嚴(yán)格厭氧的條件下,微生物發(fā)酵和消化有機(jī)物產(chǎn)生水、二氧化碳、硫化氫、甲烷的過(guò)程。廢水的厭氧處理法就是根據(jù)這一原理來(lái)凈化污水的。因在處理過(guò)程中產(chǎn)生甲烷,又稱甲烷發(fā)酵。廢水中復(fù)雜有機(jī)物的厭氧降解過(guò)程分四個(gè)階段,即:水解階段、發(fā)酵階段、產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段。
1.1一鍋法一鍋法除將硅源與功能單體混合后再一起加入到P123溶液中以外,其他與空白SBA-15合成過(guò)程一樣的合成方法。由于大多功能基團(tuán)直接與硅源同時(shí)加入會(huì)影響SBA-15有序介觀結(jié)構(gòu)的形成,所以此方法很少使用。但也有人采用保護(hù)基團(tuán)的方法,消除了功能基團(tuán)對(duì)SBA-15雛形形成的影響,得到的材料顯現(xiàn)出很好的介觀結(jié)構(gòu)。
1.3后修飾法后修飾法相對(duì)前兩種方法zui為簡(jiǎn)單,該法先合成空白SBA-15,然后通過(guò)甲苯回流將功能單體合并到SBA-15的表面。后修飾法zui大的好處在于其可以將任意功能單體合并到SBA-15上,克服了一鍋法和預(yù)水解法gong能單體會(huì)影響SBA-15介觀結(jié)構(gòu)形成的缺點(diǎn),這也是該法目前zui為常用的原因,但是后修飾法zui大的缺點(diǎn)在于合并到SBA-15上的功能基團(tuán)大部分在孔外表面,大多數(shù)功能單體會(huì)堵在孔道口而減小了功能單體在孔內(nèi)表面的分部。
2功能化介孔分子篩SBA-15的在廢水處理上的應(yīng)用
當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度為600mg?L-1L左右時(shí),出水硝酸鹽氮只有140mg?L-1左右。結(jié)果表明,本工程不僅硝化效果良好,而且總氮去除能力也非常高。活性污泥法處理廢水就是利用活性污泥的吸附、氧化、分解、凝聚和沉淀等作用來(lái)凈化水中的有機(jī)污染物。廢水中的有機(jī)物的降解轉(zhuǎn)化過(guò)程就是活性污泥中的好氧微生物的新陳代謝活動(dòng)。為保證*凈水效果,就要保證微生物良好的新陳代謝。氧的充足供應(yīng)是好氧微生物進(jìn)行正常生命活動(dòng)的首要條件。所以,首先要保證氧的供應(yīng)。此外,還要滿足微生物生命活動(dòng)zui適宜的溫度(15-30℃)和ph值(6.5-8.5)等。功能化介孔分子篩SBA-15具有廣泛的應(yīng)用前景,由于功能基團(tuán)的合并,可以實(shí)現(xiàn)SBA-15的定向改性,從而得到具有確定功能的材料。目前重金屬?gòu)U水和難降解有機(jī)物廢水很難得到有效的控制,因此導(dǎo)致了目前嚴(yán)重的重金屬污染和難降解有機(jī)物污染等環(huán)境問(wèn)題的發(fā)生。將功能化介孔分子篩SBA-15引入到廢水處理領(lǐng)域不僅能解決日益惡化的環(huán)境問(wèn)題,而且能夠較易實(shí)現(xiàn)的重金屬回收和難降解有機(jī)物集中處理工作。
2.1重金屬吸附重金屬是指相對(duì)密度大于5的金屬,約有45種,包括鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎳(Ni)等。砷(As)雖不屬于重金屬,但因其來(lái)源以及危害都與重金屬相似,故通常列入重金屬類進(jìn)行研究討論。對(duì)環(huán)境危害較大的重金屬主要有汞(Hg)、鎘(Cd)、砷(As)、鉛(Pb)、鉻(Cr)這五類。重金屬吸附是通過(guò)在SBA-15上合并入可以和重金屬離子發(fā)生絡(luò)合、螯合作用的方法實(shí)現(xiàn)的。Zhu等采用預(yù)水解法,將1-甲基-3-三乙氧基硅丙基咪唑鎓氯(MTICl)與SBA-15反應(yīng),得到的SBA15Im0.25Cl-3h對(duì)Cr(VI)的吸附力可達(dá)1.74mmo/g。
在SBA-15上合并入巰基(-SH)可以較大量的吸附廢水中的汞、鉑、鉛等重金屬。Liu等通過(guò)后修飾法將巰丙基三乙氧基硅烷(MTPES)與SBA-15作用,合成了SBA-15(SH),通過(guò)對(duì)含Hg2+、Cu2+、Zn2+、Cr3+、Ni2+真實(shí)廢水的處理,表明SBA-15(SH)對(duì)Hg2+有很好的吸附選擇性,且重金屬與巰基間的絡(luò)合作用非常穩(wěn)定。Kang等采用后修飾法合成了Thio-SBA-15,通過(guò)單一體系吸附實(shí)驗(yàn)得出Thio-SBA-15對(duì)Pt2+、Pd2+的吸附效果分別為0.092mmol?g-1、0.098mmol?g-1,通過(guò)Pt2+、Ni2+、Cu2+、Cd2+和Pd2+、Ni2+、Cu2+、Cd2+兩種多元體系得出Thio-SBA-15對(duì)Pt2+、Pd2+有顯著的選擇性。在SBA-15上合并入氨基(-NH2)可以較好的吸附廢水中的銅等重金屬。Liu等采取后修飾法將SBA-15與氨丙基三乙氧基硅烷(ATPES)作用得到了SBA-15(SH)材料,對(duì)Hg2+、Cu2+、Zn2+、Cr3+、Ni2+多元廢水體系進(jìn)行處理,表明SBA-15(SH)對(duì)Cu2+有較好的選擇吸附性。SBA-15與其化合物的合并,得到了對(duì)銅等重金屬吸附效果較好的材料。Mureseanu等采用后修飾法將SBA-15與ATPES作用得到了NH2–SBA-15,再將鄰羥基苯甲醛(SA)與氨基作用得到SA–SBA-15,對(duì)四種金屬的多元體系,SA–SBA-15對(duì)銅表現(xiàn)除了良好的選擇吸附性。
不同的階段有著不同的微生物優(yōu)勢(shì)種群。在水解發(fā)酵階段中,廢水中的大分子有機(jī)物,首先在細(xì)菌胞外酶的作用下,水解轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物后,被梭狀芽孢桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿菌屬和假單胞菌屬等吸收、轉(zhuǎn)化為更為簡(jiǎn)單的化合物分泌到胞外,主要產(chǎn)物是醇類、揮發(fā)性的脂肪酸、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨等等。在產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段中,這些產(chǎn)物繼續(xù)被互營(yíng)單胞菌屬、互營(yíng)桿菌屬、暗桿菌屬和梭菌屬等酸化細(xì)菌進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸及新的細(xì)胞物質(zhì)。在產(chǎn)生甲烷階段中,前一階段的產(chǎn)物被甲烷桿菌屬、甲烷球菌屬和甲烷八疊球菌屬等甲烷菌群利用轉(zhuǎn)化為甲烷菌細(xì)胞物質(zhì),并產(chǎn)生甲烷氣體。
隨著基因工程技術(shù)和現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,基因工程菌對(duì)凈化環(huán)境、保護(hù)人類健康將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用,基因工程菌在廢水處理中的應(yīng)用也將越來(lái)越廣泛。微生物法處理廢水不僅具有效率高、成本較低的特點(diǎn),而且處理后的水質(zhì)好,可以直接排放到大自然中。在自然界,廣泛的存在著大量的微生物。微生物具有易培養(yǎng)、易變異、繁殖快、適應(yīng)能力強(qiáng)等特征。