焦化废水内关键组分的生物降解及其后续O3/UV深度处理

焦化废水成分复杂、具有生物毒性和难降解的特性，对人体和水生生态系统具有严重的危害。焦化废水内各种污染物组分共存，是造成焦化废水难被生物降解的主要原因。同时，构成焦化废水内关键组分种类和含量的不稳定性，不同结构物质代谢类型和途径存在差异，使得特定细菌降解单一污染物的研究在实际运用上受到了限制。因此，研究生物处理过程中细菌对目标基质的代谢降解特性，探讨共存基质对菌体代谢的影响和细菌的交互作用及其污染控制的原理将对实际生物处理工程提供理论的指导。 课题以焦化废水中共存的间甲酚和喹啉这两种不同结构的组分为研究对象，用间甲酚降解菌Lysinibacillus cresolivorans和喹啉降解菌Achromobacter sp. DN-06菌对不同浓度的间甲酚和喹啉进行降解，考察了共存基质对细菌降解性能的影响。结果表明，L.cresolivorans细菌以20.8～309.1mg·L-1间甲酚和Achromobacter sp.以23.6～199.5mg·L-1喹啉为底物时基质降解较好的符合零级反应动力学且菌体生长的符合Haldane模型，间甲酚降解菌不能代谢喹啉且DN-06菌不能单独代谢结构简单的间甲酚，菌体内不存在交互降解作用。0～100mg.L-1喹啉存在时抑制了间甲酚菌对酚的降解，此时间甲酚的降解速率符合零级动力学，喹啉的抑制作用使间甲酚的降解速率随喹啉浓度增大而减少。喹啉对间甲酚的降解属于非竞争性可逆抑制，由Michaelis–Menten方程得到Vmax、Km、K1和K2值分别为13.16mg.L-1.h-1、35.84mg.L-1、200.0mg.L-1和285.7mg.L-1。其产物分析表明了间甲酚菌可以降解喹啉开环后的代谢产物，导致了间甲酚菌的引入加速了DN-06对喹啉的降解速率，混合体系内由于基质间存在抑制作用从而延长了菌体对目标基质完全降解所需要的时间。 好氧生物反应停留时间决定了系统关键组分的去除效率，受生物降解动力学和底物抑制等因素的影响，后期底物浓度低导致处理效率低，若进一步延长停留时间，相应的增加处理成本。鉴于化学反应效率明显高于生物反应，因此，综合考虑水处理成本和效率，采用O3/UV深度氧化尾水中的酚类、喹啉和COD等关键组分。深度氧化实验探索了O3/UV优化控制的反应条件，并针对尾水内的关键组分进行动力学分析。结果表明，在生物出水中含有各种未被降解的无机离子和有机污染物组分；在碱性条件下，COD的去除效率优于在酸性条件，且pH=9以上时达到最佳；经O3/UV氧化的COD去除率明显高于单独利用O3和UV；同时，催化剂和进水流量显著影响了COD的去除效率。O3/UV氧化起始不同浓度COD时符合一级反应动力学模型，而体系内NH4+-N的O3/UV氧化反应符合零级动力学；由于废水中存在SCN－、CN－等含氮物质，被O3氧化后使得NH4+-N浓度呈现先增后降的趋势，NH4+-N达到最大值的时间与废水内含氮化合物的含量成正相关。经O3/UV氧化后除NH4+-N外，各种无机离子和间甲酚、喹啉等有机物的种类及其含量均被氧化而不同程度降低，动态连续实验且进水流量在4m3·h-1时其运行成本约为0.12元/m3。因此，O3/UV与流化床技术相耦合工艺对深度处理焦化废水具有潜在的应用前景。