电芬顿联合电-生物处理制药废水的试验研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hezhimou
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医药产业向西北地区转移是资源与政策导向下的必然趋势,而水资源仍是制约甘肃省承接医药产业转移的关键要素。针对制药废水成分复杂、有机物浓度高、毒害难降解物质含量大的特点,本研究采用电芬顿法联合电生物法处理实际制药废水,在探明了电芬顿反应器和电生物反应器对制药废水CODCr最佳处理工况的基础上,借助三维荧光光谱(EEMs)及气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析电芬顿及电生物处理过程中溶解性有机物(DOM)和难生化有机物的降解效果,着重分析了四氢呋喃的降解途径,并利用高通量测序探究了电生物反应器生物膜上的微生物群落结构及优势菌群,结果表明:(1)电芬顿对制药废水中的有机污染物预处理效果较好,在最佳工况(初始p H为3,H2O2投加量50 mmol/L,Fe SO4投加量10 mmol/L,电流密度15 m A/cm~2)下,电芬顿反应器对CODCr的去除率为28.75%。制药废水中的溶解性有机物具有很高的多样性和强度,5个荧光区域均有较高的荧光强度,区域积分标准体积在1.79×10~6~2.96×10~6au·nm~2范围内,电芬顿对I区、II区、III区、V区荧光组分的区域积分标准体积去除率分别达到44.69%、17.82%、62.66%、47.57%,对IV区的区域积分标准体积增强了43.38%,提高了制药废水中易生化降解有机物浓度,改善了制药废水的可生化性,为后续生化处理提供了条件。电芬顿可初步降解制药废水中的四氢呋喃、乙酸乙酯、4-甲基苯酚、吲哚等有机溶剂、医药原料和中间体,对四氢呋喃的去除率为41.18%,初步将四氢呋喃氧化为4-羟基丁内酯,但不能将其完全矿化。(2)经过电芬顿预处理后,电生物能有效降解制药废水中的有机污染物,在进水p H值7.5~9.0,电压10 V,极板间距15 cm,运行周期24 h条件下,电生物反应器对CODCr平均去除率达95.89%±1.63%,较单一生物膜反应器有明显的污染物去除优势。电生物反应器对制药废水中溶解性有机物成分有明显的去除效果,使荧光D峰代表的色氨酸类蛋白的荧光强度由2026.5 a.u.降为822.3 a.u.,对电芬顿出水中典型的4个荧光峰的荧光强度去除率分别为37.20%、41.55%、37.66%、59.42%。电生物反应器能有效降解制药废水中的典型难生化有机物四氢呋喃,对四氢呋喃的去除率高达97.65%,四氢呋喃降解中间产物4-羟基丁内酯和4-羟基丁酸被有效检出。(3)在细菌门水平上,具有胞外电子传递能力的变形菌门(Proteobacteria)、降解复杂碳源能力的拟杆菌门(Bacteroidota)以及兼性厌氧菌厚壁菌门(Firmicutes)在电生物反应器样品中相对丰度最高,在阴、阳极附近生物膜的总丰度分别达到80.78%和93.91%,是电生物系统对制药废水高效去除的原因;在细菌属水平上,阴、阳极板附近的优势菌属同接种污泥出现了较大差异,同时阴、阳极板样品之间的优势菌属也存在显著差异,电生物反应器生物膜上的优势菌属如金黄杆菌属(Chryseobacterium)、短波单胞菌属(Brevundimonas)、丹毒丝菌属(Erysipelothrix)、脱硫弧菌(Desulfovibrio)等,可利用难生物降解有机物作为碳源,并具有电活性,是提高微生物降解制药废水效率的重要因素。本研究从CODCr去除率、EEMs降解效果和难生化有机物降解效果三方面考察电芬顿联合电生物法对制药废水的处理效果,并探究了四氢呋喃的降解途径和电生物反应器的微生物群落结构,以期为甘肃省制药废水的处理提供可行的工艺和理论参考。
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