提高了铁碳微电解辅助集成系统费舍尔—特废水UASB厌氧降解外文翻译资料

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提高了铁碳微电解辅助集成系统费舍尔—特废水UASB厌氧降解

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将耦合铁碳微电解( IC - me )升流式厌氧污泥床系统应用于费舍尔—特废水处理中.

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IC驱动的电场进一步优化的可还原条件.

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IC引发的阳极Fe腐蚀有效地增加了TB—EPS含量.

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污泥中可还原铁含量随IC的增加而增大.

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IC促进了异种吸氢的电子转移。

摘要

为强化费舍尔废水处理,开发了耦合铁碳微电解( IC - me )升流式厌氧污泥床( UASB ) .,在最佳水力停留时间( 5 d )下, R3在铁碳微电解的辅助下cod去除率和甲烷产量分别达到（80.6plusmn;1.7%和1.38plusmn;0.11 L / L $ D ）,分别高于R1在.颗粒活性炭的辅助( 63plusmn;3.4%和0.95plusmn;0.09 L / L $ D)和R2在原铁辅助下的（74.5plusmn;2.8%和1.21plusmn;0.09 L / L $ D）。铁腐蚀作为电子供体,降低了ORP的值,并减少刺激了产甲烷菌的活动,降低了R2和R3的氢气的分压。此外, 二价铁作为铁腐蚀产物,其存在可以有效地提高紧密束缚胞外聚合物(结核病)中蛋白质含量的百分比,促进更好的絮凝 ,增加到90.5毫克蛋白质/克VSS( R2 )和106.3 毫克蛋白质/克VSS( R3 ) ,而R1的这一值仅为56.6 mg蛋白/ 4gVSS。更重要的是,与R1相比,避免了系统中的丙酸和丁酸的过量积累。。在铁碳微电解载体在R3的宏观电池比R2中的微观原电池大,进一步加速了电子从阳极Fe向阴极碳转移,促进种间氢转移,使丙酸和丁酸的分解更加可行,最终促进了更多的甲烷生产。

文章历史:

2016年3月27日收到,于2016年8月6日修订

2016年8月16日接受,2016年8月26日上网

处理编辑: 2 y

关键词:

费舍尔特罗普歇废水

升流式厌氧污泥床

铁碳微电解有机物去除沼气生产

*相应的作者。哈尔滨工业大学市政与环境工程学院,哈尔滨150090。

电子邮件地址: han13946003379 (赫恩施泰因) .

http : dx.doi.org - 6535Elsevier有限公司保留所有权利

1 .介绍

由于当今能源问题日益突出,全球石油储备有限,许多国家过度依赖原油进口商不得不拿出新的解决方案来解决这个棘手的问题。近年来,中国等发展中国家开始用费舍尔特罗普歇 ( 1 f)法解决石油短缺问题。费舍尔特罗普歇过程将CO和H2可能由煤衍生成一系列的以铁、钴、镍和钌催化剂的烃类混合物。生产的粗油可以被认为是生产液体燃料(汽油和柴油)和化学品(烯烃)的重要原料。在f - t工艺生产的每吨原油往往伴有废水的生产( 1.1e1.3吨) ,废水由大量的氧化副产物(一元醇、有机酸、酮类，)烃类和醛类组成(Nijs and Jacobs, 1981)。利用精馏柱回收高附加值商品如醇类、有机酸、醛酮等.然而,精馏后的剩余废水仍然具有大量的残留醇和有机酸,这使得这类废水具有高cod含量( 20e30克化学需氧量/ L)和低ph值( ph值3.0)的特点。基于费托废水的特点,升流式厌氧污泥床( UASB )反应器是目前应用最广泛的处理这类工业废水的厌氧方案之一,因为其高效性、灵活性、以沼气和低污泥产量形式的能量生成(hinken,2014年)。人们普遍认为,添加碱可以是在厌氧处理前快速提高废水ph值的预处理方法。然而,过分依赖碱会导致严重的盐沉淀,使这类废水难以满足工业废水回用要求。

零价铁（ZVI）作为一种还原性物质,在污染物控制中得到了广泛的应用。目前, 铁和纳米零价铁（nZVI）被广泛应用于硫酸根、重金属和对氯硝基等难降解污染物的还原转化中。（刘et al.，2015；suanon et al.，2016；朱et al.，2015）。利用零价铁的初步设想是以其腐蚀 作为电子供体,降低氧化还原电位( ORP ),中和酸性,为产甲烷菌创造有利的微观环境。（Li et al.，2013)

铁碳微电解（ic-me）技术由于其高效、操作简单、成本低等优点,被提出作为一种具有吸引力的生物难降解有机废水预处理方法（Fan et al.，2009；洪仕斌et al.，2007）。众所周知,在IC - me过程中,铁作为牺牲阳极,碳作为阴极催化剂( eq)。（方程（1）和Eq.（2））与铁腐蚀相似。（Fan et al.，2009）。此外,碳被施加作为阴极,由于其电导和高吸附能力,在与单一的铁腐蚀相比,在厌氧生物转化过程中能加速还原, 通过接受电子转移的电子从阳极铁对污染物的厌氧生物转化(van der Zee等人，2003)。因此,基于IC -me工艺存在的铁、碳和废水中电场的形成,这种在厌氧系统中的电化学反应进一步优化了还原条件,同时促进了有机物的生物转化,促进了最终甲烷的生物转化。

Anode(oxidation)Fe-2e-=Fe 2 E (Fe 2 /Fe)=-0.44V

Cathode(reduction) Acidic : 2H 2e =2[H]=H2E(H /h2)=0V

目前, 升流式厌氧污泥床反应器结合铁碳微电解技术实现厌氧T-P废水处理的研究较少。建立了集成电路联合UASB系统处理T-P废水,其目的是: ( 1 )研究IC -me对cod去除率和甲烷产量的协同作用。( 2 )研究铁碳微电解技术副产物对污泥性质的影响。( 3)）探讨电化学副厌氧污泥和参与甲烷关键辅酶效果转化机制( 4 )阐明了铁碳微电解参与UASB系统有机物去除和批量试验的强化机理。

2 .材料和方法

2.1 .颗粒活性炭( GAC )、、铁粉末和、铁碳微电解载体(ic-mec)

活性炭和铁从天津基准化学试剂公司购买。，LTD，在本研究中使用的有限公司。采用的铁碳微电解载体是从环境保护科技公司购买的.LTD山东有限公司有限公司。为了去除表面氧化物或其他杂质,铁碳微电解载体必须在使用前酸洗。铁碳微电解载体与10%盐酸溶液混合2分钟,然后用氮气去离子水和丙酮清洗,在氮气气氛下干燥。铁碳微电解载体性能的孔隙率为65% ,颗粒密度为1.29 4 g ,比表面积为1.2平方米/克和抗压强度 1000公斤/平方厘米。更多关于集成铁碳微电解载体的信息在补充信息中详细介绍.

2.2 .反应堆的配置和运行

本研究采用三个试验规模的UASB反应器组成的聚氯乙烯（PVC）列的尺寸为50毫米的内径和1400毫米的高度。活性炭、铁粉末和铁碳微电解载体位于对应的反应器( R1、R2和R3 )底部,保持相同的填充率( 30% ) ,相应的反应器的工作容积和横截面面积分别为2升和23.7平方厘米。在整个运行时间,所有UASB反应器的进水将在运行前选择ph调节, R2 ( zvi组)和R3 (ic-mec组)的ph值调整为6.0 ,而R1 (GAC组)调整为7.2。在整个运行期间,三个UASB反应器被保持在34摄氏度使用水套和水循环系统。

2.3 .废水和接种物的特性

原山西六安煤F-T污水收集液有限公司，它的特性和有机物浓度进行了表1和表S1（表S1补充资料 离子）。基于原FT废水缺乏原山西六安煤F-T污水收集液有限公司，它的特性和有机物浓度进行了表1和表S1（表S1补充资料 离子）。基于原FT废水缺乏以下成分：1毫升/升的微量元素溶液泰宁锌0.1毫米，锰0.33毫米，铜0.02毫米、钴0.12毫米，镍0.03毫米，H3BO30.1毫米和H3BO3 EDTA0.5毫米。种子污泥 所有的UASB反应器外循环厌氧反应器获得，位于大规模煤气化废水处理厂Ordos。总悬浮固体浓度（吨）（） SS）和挥发性悬浮固体浓度（VSS）的所有反应器中的种子污泥为20克TSS / L和14克VSS / L，和比的VSS：TSS相当于0.70。

Table 1

The characteristics of raw F-T wastewater.

2.4 .批量实验

在厌氧2l2l连续搅拌釜式反应器( CSTR)和gvc、zvi和ic-mec在相应的CSTR反应器中进行了批量实验,分别命名为cstr1、cstr2和cstr3。根据原FT废水中的有机化合物浓度,我们应用了这些实验认为含氧有机物（一元醇（C＞1），丙酮 E、醛等）完全转化为基于有机酸（thauer et al.，1977）除甲醇。因此,合成介质包括以下组分:：甲醇 （331.8 mg/L），醋酸（13915.3 mg/L）、丙酸（4408.5 mg/L），丁酸（1374 mg/L）、戊酸（181.5 mg/L），己酸（211.1 mg/L），庚酸（32.5毫克/升）和10毫升H2（外部添加）。上述营养元素和微量元素遵循了上述UASB反应器.从R1、R2和R3中收集用作间歇试验的厌氧污泥,并在相应的CSTR反应器中的VSS浓度保持在10.0 g/L合成废水的ph值为7.2 ( GAC )和6.0 (zvi和ic-mec组)。这些实验的目的是评价GAC、zvi和ic-mec对相应的反应器反应器中有机酸去除的影响,并说明IC - me对厌氧T-F废水处理的强化作用。

2.5 .分析方法

cod、TSS和VSS的测定是根据标准方法测定水和废水( APHA标准一致，1998)。用在线pH和ORP分析仪测定pH和ORP值(HACH sensIONthorn;，美国) .从反应器中收集的沼气用湿式气体流量计(lmf-2，长春，中国)测量,其体积经确定为标准温度和压力( STP)。采用气相色谱法(shi-madzu)gc-8a对沼气的组成进行了分析,并用郑，等人的方法描述了沼气的组成。(2015年)。液相中Fe^2thorn;离子浓度的测定遵循vlyssides等人先前描述的方法。(2009年)。本文主要研究了胞外聚合物( EPS )提取，郑在研究进展.(2013年)。蛋白质( pn)是由洛瑞过程(Lowry et al.，1951)测定的。 ;多糖以葡萄糖为标准品,以葡萄糖酸法染色。在去离子水中制备了废水中的可溶性微生物产物( SMP ) ,其三维激发( ex ) -发射（EM）矩阵荧光光谱（三维荧光光谱）使用光谱仪测定（fp-6500，该）。在这项研究中，三维荧光光谱的光谱与发射光谱从2后续扫描 20到600 nm，在5 nm的增量，通过改变激发波长从220到450 nm，在5 nm处的采样时间。的激发和发射狭缝分别保持在5 nm和2.5 nm处。

Table 2

The variation of influent, anaerobic effluent F-T wastewater and corresponding COD removal efficiency for R₁, R₂ and R₃ throughout 100 days operation.