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抗生素废水成分复杂,毒性有机物含量高,对微生物的抑制作用较强,是难处理的工业废水的典型代表。基于日益严格的制药废水排放标准,急需找到一种能够稳定、高效处理抗生素等毒性污染物,且具有一定经济性的新型处理工艺。本课题研究水解酸化-微生物电辅助系统(以下简称HA-MEA系统)处理抗生素废水的运行效能,同时对系统运行过程中的影响因素进行了分析,以抗生素废水中的苯并噻唑、吲哚、喹啉、吡啶为典型污染物,考察了水解酸化产物强化微生物电辅助系统的毒性去除效能,并且对毒性物质的降解动力学和转化途径进行了分析。首先,考察HRT、温度、容积负荷和电解质对HA-MEA系统的影响。研究发现:当HA工艺HRT为8h时,系统产生的VFA量最大。温度对系统的影响较小,最佳运行温度为20~30℃。随着容积负荷的提高,COD去除率略有降低,当进水容积负荷由6~7.5kg COD/(m3·d)提高到10.5~12kg COD/(m3·d),COD去除率由78%下降到69%。不同的电解质Fe2++CO32-、SO42- + NH4+、Cl- + NH4+都能够提供较高的电流密度和功率密度,Cl-+NH4+效果最佳,可在本实验条件下替代磷酸盐缓冲溶液(PBS),工程应用中可以根据废水的性质来适当控制电解质的种类和数量,以保证MEA系统稳定高效运行。其次,研究了HA-MEA系统对抗生素废水中COD、总氮、有机污染物和废水毒性的去除效果。在常温(25℃),水解酸化HRT为8h,微生物电辅助HRT为24h,进水COD为4000mg/L条件下,系统对抗生素废水中COD去除率和TN的去除率约为70%和30%左右;苯并噻唑、吲哚、喹啉、吡啶的去除率分别为90%、70%、20%、50%;废水毒性由99%降为65%。以苯并噻唑为典型污染物,考察HA-MEA系统的毒性去除效能并进行了毒性去除机理研究。实验分析了HA-MEA系统中水解酸化单元和微生物电辅助单元分别对苯并噻唑的去除效果和规律。苯并噻唑浓度为50mg/L条件下,HA-MEA系统对苯并噻唑的去除率达到90%,其中水解酸化单元的贡献率约为20%,微生物电辅助单元的贡献率约为70%。研究水解酸化产物对MEA中BTH降解的促进作用发现:乙酸盐为系统最佳共基质,当乙酸盐为350mg C/L,苯并噻唑的去除速率RBTH为0.0010 mg-1 acetate-C·h-1,是丙酸盐、乙醇盐、丁酸盐为共基质时的1.4倍、2.5倍和3.3倍。进一步对系统中苯并噻唑和喹啉的降解途径进行了研究。苯并噻唑的降解途径为:苯并噻唑首先发生加羟基作用,生成2-羟基苯并噻唑。然后,杂环碳氮键断裂,生成的2-巯基苯胺,继续氧化生成2-甲磺酰基苯胺。喹啉降解的第一步和苯并噻唑类似,首先发生加羟基作用,生成2-羟基喹啉,然后,杂环氧化开环,杂环化合物向芳香化合物转变,最后生成苯酚。