焦化废水的生物-高级氧化协同降解及其毒理评价项目申报书

编号：广州市教育局科技(社科)项目申报书申请类别：应用基础研究（青年项目）学科分类：理工类（083001环境科学）项目名称：焦化废水的生物-高级氧化协同降解及其毒理评价项目负责人：崔明超项目负责人所在单位：广州大学主管部门：广州市教育局通讯地址：广州市番禺区大学城外环西路230号邮政编码：510006联系电话：31877872传真：39366946E-mail:cuimingchao@sina.com申请日期：2006-4-16广州市教育局科研处一九九八年制21 填表说明一、申请书的各项内容，要实事求是，逐条认真填写，表达要明确、严谨。二、申请书一律要求用A4纸打印填报，于左侧装订成册。一式3份（一份原件），由所在单位和主管部门审查和签署意见后，报送广州市教委科研处。三、在“所在单位意见”一栏中，应明确所在单位在人员、时间、条件、政策等方面的保证措施和对配套经费的意见。四、封面“申请类别”一栏中，填写重点项目或一般项目，并用括号注明是否青年项目。“学科分类”一栏中，填写理工类、医学类或社科类。五、申报书中课题论证部分不得出现申请人和课题组成员姓名、单位名称等个人资料。21 简表表一研究项目名称焦化废水的生物-高级氧化协同降解及其毒理评价项目类别1.重点课题2.一般课题（青年项目）√起止年月自2007年1月至2009年12月申请金额5.0万元申请人姓名崔明超性别女出生年月1975年4月行政职务民族汉专业环境科学专业技术职务副教授最终学位博士工作单位名称广州大学环境科学与工程学院详细地址广州市大学城外环西路230号A129信箱性质1．高等院校√2．科研单位3．其他邮政编码510006单位电话39366943项目组总人数高级中级初级辅助人员博士后在读博士生在读硕士生合作单位数4221研究项目主要内容和意义摘要焦化废水是一类生物难降解的工业废水，其中COD高达2500～10000mg/L，NH3-N2000～3000mg/L，酚1700～2300mg／L。更加重要的是，焦化废水中含有大量的多环芳烃和杂环类等有机物，这些物质大多对生物有毒、难于降解，其中一些还是强致癌物。因此焦化废水不但容易对环境造成严重污染，同时也会直接威胁到人体健康，寻求一种高效的、经济可行的工艺处理焦化废水具有重要意义。本项研究采用生物法与高级氧化体系的不同组合策略，构建高效反应器，考察Fenton、光-Fenton、UV/H2O2等高级氧化技术与生物活性污泥耦合体系对焦化废水的处理性能，利用固定化技术和生物强化等方法对生物处理体系进行优化，对各组合体系处理过程中毒性变化进行评价，确定最佳反应体系，阐明体系中目标化合物的降解动力学、降解机理，找出最佳反应动力学条件。21 表二申请资助总金额（元）5万元其中2007年2008年2009年年年3万元1万元1万元其他经费来源及金额（元）预算支出科目（按1.科研业务2.实验材料费3.仪器设备费4.协作费5.管理费的程序排列）金额（元）计算根据及理由科研业务30,500样品分析2.4万元，学术交流及论文出版费0.65万元实验材料费12,000反应器加工、玻璃器皿、HPLC柱、GC柱、标样、有机溶剂等协作费5,000中科院广州地球化学研究所协作费用管理费2,50021 研究项目组成员情况（含申请者）表三姓名性别年龄专业技术职务（职称）专业工作单位在本项目中的分工每年用于项目工作的月数签名崔明超女31副教授环境科学广州大学主持，焦化废水生物及氧化组合实验6张文兵男33副研究员环境化学中科院广州地球化学研究所焦化废水氧化降解实验3张红英女32讲师有机化学广州大学样品分析3吴启航男29实验师环境科学广州大学毒性分析521 一、本研究项目的科学依据（包括科学意义和应用前景，国内外研究概况、水平和发展趋势，学术思想，立论根据，特色或创新之处）焦化废水是一类生物难降解的工业废水，其中COD高达2500～10000mg/L，NH3-N2000～3000mg/L，酚1700～2300mg／L。更加重要的是，焦化废水中含有大量的多环芳烃和杂环类等有机物，这些物质大多对生物有毒、难于降解，其中一些还是强致癌物。因此焦化废水不但容易对环境造成严重污染，同时也会直接威胁到人体健康，寻求一种高效的、经济可行的工艺处理焦化废水具有重要意义。现有的焦化废水处理技术主要是采用传统的A/O或A/A/O等生物处理法结合混凝沉淀或者活性炭吸附等后续处理法。各类研究表明，即使生物处理最大限度地发挥作用，也很难实现焦化废水的稳定达标排放。据国家冶金局统计[1]，绝大多数焦化企业对焦化废水的处理效果不理想，不能达标排放，其中最为突出的是氨、氮去除率均低于30%，出水COD超标。所以，建立有效的后续处理技术或新的处理工艺是焦化废水处理中的研究热点。高级氧化技术(AdvancedOxidationProcesses,AOPs)是近年发展起来的备受人们关注的一种有机污染物氧化去除新技术，它是利用反应中产生的强氧化性的羟基自由基作为主要氧化剂氧化分解和矿化水中有机物的氧化方法[2]，能直接将废水中的有机污染物降解为二氧化碳、水和无机盐。高级氧化技术有很多种，主要包括Fenton试剂（Fe2+/H2O2）、光-Fenton、O3/UV、O3/H2O2、UV/H2O2、O3/H2O2/UV、TiO2/UV等。大量研究表明，高级氧化技术对染料、杀虫剂、除草剂、表面活性剂、多环芳烃、卤代芳香化合物、羧酸和酚类等重要污染物能有效地进行降解、脱色、去毒及矿化[2]。一些研究发现，Fenton试剂对焦化废水具有较好的处理效果，处理后废水的COD从1173mg/L降至38.2mg/L,去除率达96.7%[3]，而且经Fenton-混凝法处理后浊度和色度去除率可达到90.8%和90.2%[4]。不过，与生物技术等相比，高级氧化技术所面临的主要问题是处理费用高，而且某些技术尚未完善。从实用观点来看，污染物的完全矿化通常是不必要的，因为作为预处理手段它可增强含难降解化合物废水的生物可降解性[5]。因此，将高级氧化技术与生物处理合理组合，对于生物处理来说那些有毒、抑制性或难降解的有机物，化学预处理可以降解这些化合物，从而减轻或消除毒性和抑制性，产生一些更加容易生物降解的中间产物，从而大大提高一些废水的处理效果。与单独的高级氧化和生物处理相比，生物-高级氧化耦合技术具有如下优点：（1）化学与生物作用可以互补；（2）化学预处理可以防止抑制性或有毒化合物对微生物的作用；（3）利用有效的生物前处理或后处理可以降低化学运行费用；（4）在降低总体费用的同时也能达到有机物的完全矿化。目前，生物-高级氧化法联合处理焦化废水尚处于起步阶段，对于高级氧化与生物相互作用的机理远未完善，高级氧化-生物法联合处理废水的整体优化还有待大力研究。张文艺采用微电解-SBR活性污泥法工艺对焦化废水进行了处理，发现微电解作为预处理可以去除部分污染物而且废水的可生化性提高了48%[6]。左晨燕等利用Fenton反应对生物处理后的焦化废水COD和色度进行了处理，但对生物处理与氧化降解体系未作优化。综上所述，目前国内外对生物-高级氧化复合体系处理焦化废水的研究还很少，为使生物-高级氧化耦合技术更加有效、灵活、经济地在焦化废水处理中得到广泛应用，本项研究采用生物法与高级氧化体系的不同组合策略，构建高效反应器，考察Fenton、光-Fenton、UV/H2O2等高级氧化技术与生物活性污泥耦合体系对焦化废水的处理性能，利用固定化技术和生物强化等方法对生物处理体系进行优化，对各组合体系处理过程中毒性变化进行评价，确定最佳反应体系，阐明体系中目标化合物的降解动力学、降解机理，找出最佳反应动力学条件。参考文献[1]舒文龙.我国焦化废水处理技术的现状、进展及适用技术选择.环境工程,2000,4,54-56.[2]HoffmannM.R.,MartinS.T.,BahnemannD.W.Environmentalapplicationofsemiconductorphotocatalysis.Chem.Rev.,1995,95,69-96.[3]刘红.Fenton试剂催化氧化—混凝法处理焦化废水的实验研究.环境科学与技术,2004,2,71-73.[4]吴克明,陈新丽,陆艳.Fenton混凝沉淀法处理高浓度焦化废水的研究.电力环境保护,2005,3，41-43.[5]KohI.O.,etal.Leachatetreatmentbythecombinationofphotochemicaloxidationwithbiologicalprocess.J.Photochem.Photobio.A.,2004,162,261-271.[6]张文艺.微电解-SBR活性污泥法处理焦化废水.过程工程学报,2003,5,471-476.21 二、研究内容和预期成果（说明项目的具体研究内容和重点解决的科学问题，预期成果和提供的形式。如系理论成果,应写明在理论上解决哪些问题及其科学价值;如系应用性成果或基础性资料，应写明其应用的可能性及效益）本项目的研究目标：本项目的研究目标是对生物-高级氧化技术协同处理难降解的焦化废水进行研究，确定生物-高级氧化耦合技术最佳处理体系，构建高效反应器，利用固定化技术和生物强化等方法对生物处理体系进行优化，对各组合体系处理过程中毒性变化进行研究，对组合体系有机污染物降解动力学、机理进行研究，为更好理解生物-高级氧化耦合技术作用机理和其在环境有机污染物降解中的实际运用奠定基础。本项目研究内容包括以下几方面：(1)分别研究不同的高级氧化体系如Fenton、光-Fenton、UV/H2O2等与活性污泥法耦合体系对焦化废水的处理效果，考察操作条件如接触时间、氧化剂的种类、剂量和毒性、温度、氧化程度等对联合处理体系的影响，采用合适的动力学方程对其降解动力学进行描述，根据毒理学指标确定最佳耦合处理体系。(2)对不同组合策略进行评判，确定最佳组合策略。对单独高级氧化和微生物降解与耦合体系进行对比，初步考察高级氧化-生物耦合技术优越性。进一步研究不同的组合策略如高级氧化-生物处理、生物处理-高级氧化、高级氧化-生物处理-高级氧化及生物处理-高级氧化-生物处理对污染物降解效果，以各组合体系处理过程中毒性为指标，确定最佳组合策略，据此构建高效反应器。(3)考察微生物的驯化对高级氧化-生物耦合技术的影响，利用生物强化处理技术提高处理效率。对微生物驯化、不驯化及不同驯化对象结果进行比较，同时对微生物新技术体系如固定化技术在组合技术中应用前景进行探讨，从而提高高级氧化-生物耦合体系中的微生物处理效率。预期研究成果(1)通过对高级氧化-生物处理-高级氧化及生物处理-高级氧化-生物处理等复合体系处理焦化废水的研究，阐明降解动力学，确定最佳组合策略，构建高效反应器。通过研究实验，能将固定化微生物技术在复合体系中进行应用。(2)确定毒理学指标在建立生物降解-高级氧化最佳耦合处理体系中的应用。(3)预期能取得一些创新性研究成果，计划发表至少论文2篇，论述研究成果。(4)本项目的开展有利于把生物-高级氧化组合技术在焦化废水的实际处理中进行运用，从而提高焦化废水COD、色度等处理效率，降低处理成本。21 三、拟采用的研究方法和技术路线（包括研究工作的总体安排和进度，理论分析、计算、实验方法和步骤及其可行性论证，可能遇到的问题和解决办法）研究工作的总体安排和进度：(1)2007年1月－12月：研究Fenton、光-Fenton、UV/H2O2等高级氧化反应系统和活性污泥等微生物处理法单独对焦化废水的初步降解，对氧化及生物处理效果进行比较。(2)2008年1月－2008年12月：考察预氧化及后续氧化对体系有机污染物降解的影响，根据处理过程体系毒性变化确定最佳氧化-生物处理组合体系。研究高级氧化-生物处理-高级氧化及生物处理-高级氧化-生物处理等复合体系对污染物降解效果，阐明污染物降解动力学，确定最佳组合策略，据此构建高效反应器。(3)2009年1月－2009年12月：研究生物强化技术及固定化微生物等技术在生物处理-高级氧化复合体系中的应用。理论分析、计算、实验方法和步骤：(1)采用Fenton、光-Fenton、UV/H2O2等高级氧化体系和活性污泥等微生物处理法单独对焦化废水进行初步降解，利用UV-Vis光度计、HPLC、COD、BOD及GC等对处理效果进行监测，对污染物降解动力学进行研究，对各体系降解效率进行比较。(2)将Fenton、光-Fenton、UV/H2O2等高级氧化体系和活性污泥等微生物处理法简单组合，对处理流程中体系毒性进行评价，考察预氧化及后续氧化对焦化废水处理的影响，确定最佳氧化-生物处理组合体系。(3)考察复合体系中有机污染物去除效率。研究高级氧化-生物处理-高级氧化及生物处理-高级氧化-生物处理等复合体系对污染物降解效果，对操作条件如接触时间、氧化剂的种类、剂量和毒性、温度等对联合处理体系的影响加以考察，阐明污染物降解动力学，确定最佳组合策略，据此构建高效反应器。(4)对高级氧化-生物处理耦合体系的进一步改进，探讨利用生物处理新技术如固定化等对整个体系提升效果，对微生物驯化及生物强化处理技术对高级氧化-生物耦合技术的影响进行研究。可行性论证：申请人在有机污染物生物降解及高级氧化技术降解等方面积累了丰富经验，具有很好的研究基础，保障了项目的顺利进行；所设计的实验方案切实可行，申请人所在单位能满足项目所需实验设备；因此本项目能很好达到预期目标。可能遇到的问题和解决办法：（1）高效实用反应器的构建，半连续式反应器相对来简单，而连续反应器处理效率要高一些，处理好生物反应器和高级氧化反应器的联接对于提升整个耦合体系处理效率和实用性至关重要。（2）为提高高级氧化-生物处理耦合体系效率，把一些微生物处理新技术如固定化与之相结合，提升处理效率。21 四、实现本项目预期目标已具备的条件（包括过去的研究工作基础，现有的主要仪器设备，研究技术人员及协作条件，从其他渠道已得到、已申请或拟申请的经费情况及金额等）申请人博士论文题目为喹啉及其甲基化衍生物的微生物降解研究，毕业后一直从事有机污染物的微生物降解处理方面的研究，对含氮杂环化合物的微生物降解进行了广泛研究，另外本人也积极参与了利用均相和非均相高级氧化技术对水中难降解有机污染物去除研究的部分工作，已取得了一定成果，并发表了数篇国外SCI文章，这些都为本项目的顺利进行奠定了基础。研究小组中所有成员均为年青科研人才，思路敏捷、活跃，创新能力强，有利于项目的顺利开展并取得新的成果。广州大学环境科学与工程学院具有较强的科研实力，目前在水、大气、土壤、沉积物等方面开展了大量工作，积累了丰富经验，现有的主要仪器设备包括UV-Vis光度计、GC、GC/MS、全温振荡器、生化培养箱、超净工作台、高速离心机等，基本满足研究中所需实验条件。另外申请人与中国科学院广州地球化学研究所和有机地球化学国家重点实验室具有良好的合作关系，该实验室可提供UV-Vis光度计、GC、GC-MS、HPLC、HPLC/MS/MS、总有机碳分析仪等仪器设备，本项目的部分工作可在该实验室进行。21 五、申请者和项目主要成员业务简历（按人填写主要学历和研究工作简历，近期发表的与本项目有关的主要论著目录和科研成果名称，成果的国内外评价、引用及应用情况，并注明出处及获奖情况。）崔明超，副教授，1998年哈尔滨医科大学本科毕业，1998年在中国科学院广州地球化学研究所硕博连读，2004年博士毕业，导师傅家谟院士，博士论文题目为喹啉及其甲基化衍生物的微生物降解研究，研究领域主要为事有机污染物的微生物降解处理。(1)MingchaoCui,FanzhongChen,JiamoFu,GuoyingShengandGuopingSun.MicrobialmetabolismofquinolinebyComamonassp.WorldJournalofMicrobiology&Biotechnology.2004,20,539-543.(2)MingchaoCui,FanzhongChen,JiamoFu,GuoyingShengandGuopingSunCometabolicbiodegradationofquinoline’sderivativesbyaquinoline-degradingbacterial:Comamonassp.StrainQ10.J.Gen.Appl.Microbiol.2003,6,351-356.(3)FanzhongChen,MingchaoCui,JiamoFu,GuoyingSheng,GuopingSunandMeiyingXu.BiodegradationofquinolinebyfeelysuspendedandimmobilizedcellsofComammassp.StrainQ10.J.Gen.Appl.Microbiol.2003,3,123-128.(4)WenbingZhang,TaichengAn,MingchaoCui,GuoyingSheng,JiamoFu.Effectsofanionsonthephotocatalyticandphotoelectrocatalyticdegradationofreactivedyeinapacked-bedreactor.JournalofChemicalTechnologyandBiotechnology,2005,80(2):223-229.(5)崔明超，吴颖娟，陈繁忠.3-甲基喹啉的微生物降解，江苏环境科技，2005,2,7-9.(6)崔明超，睾丸酮丛毛单胞菌（Comamonastestosteroni）降解喹啉的影响因素分析，广州大学学报，2005,5,403-406.(7)崔明超，李丽，陈繁忠.喹啉及其衍生物微生物降解研究进展，上海环境科学，2003,1,52-56.(8)崔明超，陈繁忠，傅家谟，盛国英，孙国平，蔡小伟.4-甲基喹啉的微生物降解研究，重庆环境科学，2003,9,20-22.(9)崔明超，陈繁忠，傅家谟，盛国英.固定化微生物技术在废水处理中的研究进展，化工环保，2003，5,261-264.(10)崔明超，陈繁忠，傅家谟，盛国英，孙国平，蔡小伟.睾丸酮丛毛单胞菌对喹啉类化合物的降解，环境化学，2004，1,71-76.(11)崔明超，李丽，陈繁忠，傅家谟，盛国英，孙国平，蔡小伟.睾丸酮丛毛单胞菌对喹啉的微生物降解途径的研究，环境科学学报，2004，1,171-173.(12)崔明超，陈繁忠，傅家谟，盛国英，孙国平，蔡小伟.喹啉的生物降解初步研究，环境工程，2003，增刊，49~51.张文兵，副研究员，1996年在长春地质学院本科毕业，1999年在长春科技大学硕士研究生毕业，2003年在中国科学院广州地球化学研究所博士研究生毕业，导师傅家谟院士，论文题目为均相和非均相高级氧化技术处理水中有机污染物的研究，在学期间发表了多篇SCI论文，先后荣获2003年度中国科学院院长特别奖和2004年首届中国科学院优秀博士学位论文奖，主要研究领域为环境污染物控制及健康关系。(1)WenbingZhang,TaichengAn,MingchaoCui,GuoyingSheng,JiamoFu.Effectsofanionsonthephotocatalyticandphotoelectrocatalyticdegradationofreactivedyeinapacked-bedreactor.JournalofChemicalTechnologyandBiotechnology,2005,80(2):223-229.(2)WenbingZhang,TaichengAn,XianmingXiao,JiamoFu,Guoyngshng,MingcaoCui.Photochemicaldegradationperformanceofquinolineaqueoussolutioninthepresenceofhydrogenperoxide.J.Environ.Sci.Heal.A2003,38(11),2599-2611.(3)WenbingZhang,XianmingXiao,TaichengAn,ZhiguangSong,JiamoFu,GuoyingSheng,MingchaoCui.Kinetics,degradationpathwayandreactionmechanismofadvancedoxidationof4-nitrophenolinwaterbyUV/H2O2process.J.Chem.Technol.Biotechnol.,2003,78(7),788-794.(4)WenbingZhang,TaichengAn,XianmingXiao,JiamoFu,GuoyingSheng,MingchaoCui.PhotoelectrocatalyticdegradationofreactivebrilliantorangeK-Rinanewcontinuousflowphotoelectrocatalyticreactor.AppliedCatalysisA,2003,255,221-229.(5)TaichengAn,,WenbingZhang,XianmingXiao,GuoyingSheng,JiamoFu,XihaiZhu.Photoelectrocatalyticdegradationofquinolinewithanovelthree-dimensionalelectrode-packedbedphotocatalyticreactor.J.Photochem.Photobio.A,2004,61,233-242.(6)TaichengAn,WenbingZhang,GuiyingLi,JiamoFu,GuoyingSheng.Increasethedegradationefficiencyoforganicpollutantswitharadicalscavenger(cl-)inanovelphotoelectrocatalyticreactor.ChineseChemicalLetters,2004,15(4),455-458.张红英，硕士，讲师，从事有机化学教学与科研工作多年，参加过多项科研项目，发表论文十余篇。吴启航，硕士，实验师，主要从事实验室及相关科研工作，参加过多项科研项目，发表专业论文三篇。21 六、推荐意见（申请者不具备高级专业技术职务或职称的，须由两名同行高级科技人员推荐，推荐意见要说明项目的意义和取得预期成果的可能性，申请者和项目组成员的学术水平及研究能力，现有工作条件等）推荐人（签名）职务专业单位推荐人（签名）职务专业单位21 七、合作单位意见（对合作研究内容、参加人员素质及保证研究工作条件等签署具体意见）单位（公章）年月日单位（公章）年月日单位（公章）年月日21 八、申请者所在单位科研管理部门资格审查意见（是否符合申报条件、申请手续是否完备、申请人在以往科研工作中的科研信誉）符合申报条件。申请手续完备，申请人在以往科研或者工作中信誉好。同意申报。科研管理部门负责人单位（公章）年月日九、申请者所在单位学术委员会审查意见（对本项目的意义、研究方案、申请者和项目组主要成员的素质与水平等签署具体意见）经审查，该课题的研究具有现实意义，研究方案可行，申请者和主要成员的政治、业务素质适合承担本课题的研究工作。同意申报。主任或副主任委员（签章）年月日21 十、申请者所在单位审查意见（是否同意申报，经费预算是否合理，有无其他经费来源，能否保证研究计划实施所需的人力、物力、工作时间等基本条件的具体意见）符合申报条件。同意申报；我校能提供完成本课题所需的时间和条件；并同意承担本课题的管理任务和信誉保证。单位领导（签章）单位（公章）年月日十一、主管部门意见：（附属医院主管医学院填写此栏）主管领导签名：单位（公章）年月日21 1.本研究项目的科学依据（包括科学意义和应用前景，国内外研究概况、水平和发展趋势，学术思想，立论根据，特色或创新之处）焦化废水是一类生物难降解的工业废水，其中COD高达2500～10000mg/L，NH3-N2000～3000mg/L，酚1700～2300mg／L，而且焦化废水中含有大量生物有毒、难降解有机物如多环芳烃、杂环类化合物等，其中一些还是强致癌物。因此焦化废水不但容易对环境造成严重污染，同时也会直接威胁到人体健康，寻求一种高效的、经济可行的工艺处理焦化废水具有重要意义。现有的焦化废水处理技术主要是采用传统的A/O或A/A/O等生物处理法结合混凝沉淀或者活性炭吸附等后续处理法。各类研究表明，即使生物处理最大限度地发挥作用，也很难实现焦化废水的稳定达标排放。据国家冶金局统计[1]，绝大多数焦化企业对焦化废水的处理效果不理想，不能达标排放，其中最为突出的是氨、氮去除率均低于30%，出水COD超标。因此，建立有效的后续处理技术或新的处理工艺是焦化废水处理中的研究热点。高级氧化技术(AdvancedOxidationProcesses,AOPs)是近年发展起来的备受人们关注的一种有机污染物氧化去除新技术，它是利用反应中产生的强氧化性的羟基自由基作为主要氧化剂氧化分解和矿化水中有机物的氧化方法[2]，能直接将废水中的有机污染物降解为二氧化碳、水和无机盐。高级氧化技术有很多种，主要包括Fenton试剂（Fe2+/H2O2）、光-Fenton、O3/UV、O3/H2O2、UV/H2O2、TiO2/UV等[2]。一些研究发现，Fenton试剂对焦化废水具有较好的处理效果，处理后废水的COD从1173mg/L降至38.2mg/L,去除率达96.7%[3]，而且经Fenton-混凝法处理后浊度和色度去除率可达到90.8%和90.2%[4]。不过，与生物技术等相比，高级氧化技术所面临的主要问题是处理费用高，而且某些技术尚未完善。从实用观点来看，污染物的完全矿化通常是不必要的，因为作为预处理手段它可增强含难降解化合物废水的生物可降解性[5]。与单独的高级氧化和生物处理相比，高级氧化-生物耦合技术具有如下优点：（1）化学与生物作用可以互补；（2）化学预处理可以防止抑制性或有毒化合物对微生物的作用；（3）利用有效的生物前处理或后处理可以降低化学运行费用；（4）在降低总体费用的同时也能达到有机物的完全矿化。目前，生物-高级氧化法联合处理焦化废水尚处于起步阶段，对于高级氧化与生物相互作用的机理远未完善，高级氧化-生物法联合处理废水的整体优化还有待大力研究。张文艺采用微电解-SBR活性污泥法工艺对焦化废水进行了处理，发现微电解作为预处理可以去除部分污染物而且废水的可生化性提高了48%[6]。左晨燕等利用Fenton反应对生物处理后的焦化废水COD和色度进行了处理，但对生物处理与氧化降解体系未作优化。综上所述，目前国内外对生物-高级氧化复合体系处理焦化废水的研究还很少，为使生物-高级氧化耦合技术更加有效、灵活、经济地在焦化废水处理中得到广泛应用，本项研究采用生物法与高级氧化体系的不同组合策略，构建高效反应器，考察Fenton、光-Fenton、UV/H2O2等高级氧化技术与生物活性污泥耦合体系对焦化废水的处理性能，利用固定化技术和生物强化等方法对生物处理体系进行优化，对各组合体系处理过程中毒性变化进行评价，确定最佳反应体系，阐明体系中目标化合物的降解动力学、降解机理，找出最佳反应动力学条件。参考文献[1]舒文龙.环境工程,2000,4,54-56.[2]HoffmannM.R.,MartinS.T.Chem.Rev.,1995,95,69-96.[3]刘红.环境科学与技术,2004,2,71-73.[4]吴克明,陈新丽,陆艳.电力环境保护,2005,3,41-43.[5]KohI.O.,etal.J.Photochem.Photobio.A.,2004,162,261-271.[6]张文艺.过程工程学报,2003,5,471-476.编号：课题论证部分课题名称：焦化废水的生物-高级氧化协同降解及其毒理评价（注：课题论证部分不得出现申请人和课题组成员姓名、单位名称等个人资料）一、申报课题情况21 2.研究内容和预期成果（说明项目的具体研究内容和重点解决的科学问题，预期成果和提供的形式。如系理论成果,应写明在理论上解决哪些问题及其科学价值;如系应用性成果或基础性资料，应写明其应用的可能性及效益）本项目的研究目标：本项目的研究目标是对生物-高级氧化技术协同处理难降解的焦化废水进行研究，确定生物-高级氧化耦合技术最佳处理体系，构建高效反应器，利用固定化技术和生物强化等方法对生物处理体系进行优化，对各组合体系处理过程中毒性变化进行研究，对组合体系有机污染物降解动力学、机理进行研究，为更好理解生物-高级氧化耦合技术作用机理和其在环境有机污染物降解中的实际运用奠定基础。本项目研究内容包括以下几方面：(1)分别研究不同的高级氧化体系如Fenton、光-Fenton、UV/H2O2等与活性污泥法耦合体系对焦化废水的处理效果，考察操作条件如接触时间、氧化剂的种类、剂量和毒性、温度、氧化程度等对联合处理体系的影响，采用合适的动力学方程对其降解动力学进行描述，根据毒理学指标确定最佳耦合处理体系。(2)对不同组合策略进行评判，确定最佳组合策略。对单独高级氧化和微生物降解与耦合体系进行对比，初步考察高级氧化-生物耦合技术优越性。进一步研究不同的组合策略如高级氧化-生物处理、生物处理-高级氧化、高级氧化-生物处理-高级氧化及生物处理-高级氧化-生物处理对污染物降解效果，以各组合体系处理过程中毒性为指标，确定最佳组合策略，据此构建高效反应器。(3)考察微生物的驯化对高级氧化-生物耦合技术的影响，利用生物强化处理技术提高处理效率。对微生物驯化、不驯化及不同驯化对象结果进行比较，同时对微生物新技术体系如固定化技术在组合技术中应用前景进行探讨，从而提高高级氧化-生物耦合体系中的微生物处理效率。预期研究成果(1)通过对高级氧化-生物处理-高级氧化及生物处理-高级氧化-生物处理等复合体系处理焦化废水的研究，阐明降解动力学，确定最佳组合策略，构建高效反应器。通过研究实验，能将固定化微生物技术在复合体系中进行应用。(2)确定毒理学指标在建立生物降解-高级氧化最佳耦合处理体系中的应用。(3)预期能取得一些创新性研究成果，计划发表至少论文2篇，论述研究成果。(4)本项目的开展有利于把生物-高级氧化组合技术在焦化废水的实际处理中进行运用，从而提高焦化废水COD、色度等处理效率，降低处理成本。21 3.拟采用的研究方法和技术路线（包括研究工作的总体安排和进度，理论分析、计算、实验方法和步骤及其可行性论证，可能遇到的问题和解决办法）研究工作的总体安排和进度：(1)2007年1月－12月：研究Fenton、光-Fenton、UV/H2O2等高级氧化反应系统和活性污泥等微生物处理法单独对焦化废水的初步降解，对氧化及生物处理效果进行比较。(2)2008年1月－2008年12月：考察预氧化及后续氧化对体系有机污染物降解的影响，根据处理过程体系毒性变化确定最佳氧化-生物处理组合体系。研究高级氧化-生物处理-高级氧化及生物处理-高级氧化-生物处理等复合体系对污染物降解效果，阐明污染物降解动力学，确定最佳组合策略，据此构建高效反应器。(3)2009年1月－2009年12月：研究生物强化技术及固定化微生物等技术在生物处理-高级氧化复合体系中的应用。理论分析、计算、实验方法和步骤：(1)采用Fenton、光-Fenton、UV/H2O2等高级氧化体系和活性污泥等微生物处理法单独对焦化废水进行初步降解，利用UV-Vis光度计、HPLC、COD、BOD及GC等对处理效果进行监测，对污染物降解动力学进行研究，对各体系降解效率进行比较。(2)将Fenton、光-Fenton、UV/H2O2等高级氧化体系和活性污泥等微生物处理法简单组合，对处理流程中体系毒性进行评价，考察预氧化及后续氧化对焦化废水处理的影响，确定最佳氧化-生物处理组合体系。(3)考察复合体系中有机污染物去除效率。研究高级氧化-生物处理-高级氧化及生物处理-高级氧化-生物处理等复合体系对污染物降解效果，对操作条件如接触时间、氧化剂的种类、剂量和毒性、温度等对联合处理体系的影响加以考察，阐明污染物降解动力学，确定最佳组合策略，据此构建高效反应器。(4)对高级氧化-生物处理耦合体系的进一步改进，探讨利用生物处理新技术如固定化等对整个体系提升效果，对微生物驯化及生物强化处理技术对高级氧化-生物耦合技术的影响进行研究。可行性论证：申请人在有机污染物生物降解及高级氧化技术降解等方面积累了丰富经验，具有很好的研究基础，保障了项目的顺利进行；所设计的实验方案切实可行，申请人所在单位能满足项目所需实验设备；因此本项目能很好达到预期目标。可能遇到的问题和解决办法：（1）高效实用反应器的构建，半连续式反应器相对来简单，而连续反应器处理效率要高一些，处理好生物反应器和高级氧化反应器的联接对于提升整个耦合体系处理效率和实用性至关重要。（2）为提高高级氧化-生物处理耦合体系效率，把一些微生物处理新技术如固定化与之相结合，提升处理效率。21 4.实现本项目预期目标已具备的条件（包括过去的研究工作基础，现有的主要仪器设备，研究技术人员及协作条件，从其他渠道已得到、已申请或拟申请的经费情况及金额等）申请人博士论文题目为喹啉及其甲基化衍生物的微生物降解研究，毕业后一直从事有机污染物的微生物降解处理方面的研究，另外本人也积极参与了利用均相和非均相高级氧化技术对水中难降解有机污染物去除的研究的部分工作，已取得了一定成果，并发表了数篇国外SCI文章，这些都为本项目的顺利进行奠定了基础。研究小组中所有成员均为年青科研人才，思路敏捷、活跃，创新能力强，有利于项目的顺利开展并取得新的成果。申请人所在单位具有较强的科研实力，目前在水、大气、土壤、沉积物等方面开展了大量工作，积累了丰富经验，现有的主要仪器设备包括UV-Vis光度计、GC、GC/MS、生化培养箱、超净工作台、高速离心机等，基本满足研究中所需实验条件。另外申请人与合作单位具有良好的合作关系，该实验室可提供UV-Vis光度计、GC、GC-MS、HPLC、HPLC/MS/MS、全温振荡器、生化培养箱、超净工作台、高速离心机、总有机碳分析仪等仪器设备，本项目的部分工作可在该实验室进行。21 5.申请者和项目主要成员业务简历（按人填写主要学历和研究工作简历，近期发表的与本项目有关的主要论著目录和科研成果名称，成果的国内外评价、引用及应用情况，并注明出处及获奖情况。）申请人，博士，副教授，博士论文题目为喹啉及其甲基化衍生物的微生物降解研究，研究领域主要为事有机污染物的微生物降解处理。近期发表的与本项目有关的主要论文有：(1)MicrobialmetabolismofquinolinebyComamonassp.WorldJournalofMicrobiology&Biotechnology.2004,20,539-543.(2)Cometabolicbiodegradationofquinoline’sderivativesbyaquinoline-degradingbacterial:Comamonassp.StrainQ10.J.Gen.Appl.Microbiol.2003,6,351-356.(3)BiodegradationofquinolinebyfeelysuspendedandimmobilizedcellsofComammassp.StrainQ10.J.Gen.Appl.Microbiol.2003,3,123-128.(4)Effectsofanionsonthephotocatalyticandphotoelectrocatalyticdegradationofreactivedyeinapacked-bedreactor.JournalofChemicalTechnologyandBiotechnology,2005,80(2):223-229.(5)3-甲基喹啉的微生物降解，江苏环境科技，2005,2,7-9.(6)睾丸酮丛毛单胞菌（Comamonastestosteroni）降解喹啉的影响因素分析，广州大学学报，2005,5,403-406.(7)喹啉及其衍生物微生物降解研究进展，上海环境科学，2003,1,52-56.(8)4-甲基喹啉的微生物降解研究，重庆环境科学，2003,9,20-22.(9)固定化微生物技术在废水处理中的研究进展，化工环保，2003，5,261-264.(10)睾丸酮丛毛单胞菌对喹啉类化合物的降解，环境化学，2004，1,71-76.(11)睾丸酮丛毛单胞菌对喹啉的微生物降解途径的研究，环境科学学报，2004，1,171-173.(12)喹啉的生物降解初步研究，环境工程，2003，增刊，49~51.第一合作人，博士，副研，博士论文题目为均相和非均相高级氧化技术处理水中有机污染物的研究，发表了多篇SCI论文，先后荣获2003年度中国科学院院长特别奖和2004年首届中国科学院优秀博士学位论文奖，主要研究领域为环境污染物控制及健康关系。近期发表的与本项目有关的主要论文有：(1)Effectsofanionsonthephotocatalyticandphotoelectrocatalyticdegradationofreactivedyeinapacked-bedreactor.JournalofChemicalTechnologyandBiotechnology,2005,80(2):223-229.(2)Photochemicaldegradationperformanceofquinolineaqueoussolutioninthepresenceofhydrogenperoxide.J.Environ.Sci.Heal.A2003,38(11),2599-2611.(3)Kinetics,degradationpathwayandreactionmechanismofadvancedoxidationof4-nitrophenolinwaterbyUV/H2O2process.J.Chem.Technol.Biotechnol.,2003,78(7),788-794.(4)PhotoelectrocatalyticdegradationofreactivebrilliantorangeK-Rinanewcontinuousflowphotoelectrocatalyticreactor.AppliedCatalysisA,2003,255,221-229.(5)Photoelectrocatalyticdegradationofquinolinewithanovelthree-dimensionalelectrode-packedbedphotocatalyticreactor.J.Photochem.Photobio.A,2004,61,233-242.(6)Increasethedegradationefficiencyoforganicpollutantswitharadicalscavenger(cl-)inanovelphotoelectrocatalyticreactor.ChineseChemicalLetters,2004,15(4),455-458.第二合作人，硕士，讲师，从事有机化学教学与科研工作多年，参加过多项科研项目，发表论文十余篇。第三合作人，硕士，实验师，主要从事实验室及相关科研工作，参加过多项科研项目，发表专业论文三篇。21 二、初评意见：评分：专家评分平均分：年月日三、评审委员会意见评审委员会主任签名：年月日四、广州市教育局意见：主管领导签名：单位（公章）：年月日21 广州市教育局科技(社科)项目申报简表编号对所装内容打“√”：申报书（√）课题论证部分（√）研究项目名称焦化废水的生物-高级氧化协同降解及其毒理评价项目类别1.重点课题2.一般课题（青年项目）√起止年月自2007年1月至2009年12月申请金额50,000元申请人姓名崔明超性别女出生年月1975年4月行政职务专业技术职务副教授最终学历博士研究生联系电话31877872工作单位名称广州大学环境科学与工程学院联系人赵金艳单位电话31876536项目简介焦化废水是一类生物难降解的工业废水，不但容易对环境造成严重污染，同时也会直接威胁到人体健康，因此寻求一种高效的、经济可行的工艺处理焦化废水具有重要意义。本项研究采用高级氧化体系与生物法的不同组合策略，构建高效反应器，考察Fenton、光-Fenton、UV/H2O2等高级氧化技术与生物活性污泥耦合体系对焦化废水的处理性能，利用固定化技术和生物强化等方法对生物处理体系进行优化，对各组合体系处理过程中毒性变化进行研究，确定最佳反应体系，阐明体系中目标化合物的降解动力学，找出最佳反应动力学条件。21