炭質材料改進強化厭氧生物降解偶氮染料廢水機理研究

《炭質材料改進強化厭氧生物降解偶氮染料廢水機理研究》是依託蘇州科技大學，由黃天寅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：炭質材料改進強化厭氧生物降解偶氮染料廢水機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃天寅
• 依託單位：蘇州科技大學

項目摘要

厭氧-好氧生物組合工藝是有效處理難降解印染廢水的發展方向，而厭氧生物處理是其反應速率的限制因素。擬採用改性活性炭、活性碳纖維和石墨等炭質材料作為氧化還原介質（RM），以提高厭氧生物降解典型偶氮染料的速率。本項目通過炭質材料改性，改善炭質材料的物化性能和孔結構，強化其表面活性官能團。綜合套用低溫N吸附、TEM、SPM、AFM和Raman光譜等分析手段系統表征炭質材料表面和結構特性，有效揭示炭質材料和微生物及染料之間電子傳遞過程和降解機理；運用催化理論研究炭質材料的RM活性位點與促進偶氮染料降解/還原反應的機制，分析厭氧生物還原反應過程中染料降解產物和相關參數變化規律，揭示染料降解途徑和RM強化與促進還原反應的機理；根據多相反應體系組分的傳質及相關反應機理，建立厭氧生物降解偶氮染料系統的生化反應動力學模型。為染料等難降解廢水的厭氧生物處理提供新的思路與借鑑，極具理論研究價值與實際套用前景。

結題摘要

厭氧—好氧生物組合工藝是有效處理難降解印染廢水的發展方向，而厭氧生物處理是其反應速率限制因素。本項目採用改性活性炭、活性碳纖維和碳納米管等碳質材料作為氧化還原介質（ RM），以提高厭氧生物降解典型偶氮染料的效率。通過高溫改性、酸鹼改性及HNO3氧化改性等方式對碳質材料（如改性活性炭、活性碳纖維、碳納米管、石墨烯）進行改性，綜合套用低溫N吸附、 TEM和 Raman 光譜等分析手段系統表征炭質材料表面和結構特性，研究結果表明改性處理可以提高碳質材料表面含氧官能團含量，改變表面性質，提高其作為氧化還原介體作用。在染料/硫化鈉（或過硫酸鹽）體系中加入改性碳質材料後，偶氮染料脫色速率快速提升，說明碳質材料具有RM功能促進電子轉移。在染料/硫化鈉體系中，碳質材料可以加速電子從硫化鈉轉移至染料進而促進還原脫色，產生以含N類芳香族化合物和芳香胺類物質為主的有毒有害類物質；在染料/過硫酸鹽體系中，碳質材料表面官能團（如碳基、含氮官能團）加速電子轉移至過氧鍵，催化斷裂產生硫酸根自由基，進而使染料氧化脫色，中間產物主要以含氧類芳香物為主，並可進一步氧化為小分子酸甚至礦化。通過靜態搖瓶實驗，研究厭氧生物反應系統中改性碳質材料對染料降解的影響；結果表明碳質材料投加後顯著促進體系染料厭氧脫色，如碳納米管對偶氮染料AO7脫色速率提升了3.5倍，且染料降解過程符合一級動力學；電子供體類型對染料降解有較大影響，混合碳源或者甲酸鈉碳源為最佳電子供體；染料降解速率隨著污泥濃度、碳質材料投加量、碳源投加量的增加而提高；碳質材料作為RM僅加速了電子傳遞速率，並未改變染料降解途徑。在連續流UASB反應器中，投加碳質材料同樣可以促進染料厭氧生物降解；通過運行過程參數調控和最佳化，實現反應器穩定運行和染料高效脫色。本項目為染料等難降解廢水的厭氧生物處理提供新的思路與借鑑，極具理論研究價值與實際套用前景。