【摘要】：廢水的厭氧消化是利用厭氧微生物的代謝特性,在不需要提供外源能量的條件下降解廢水中的有機污染物,同時產(chǎn)生可燃性氣體甲烷的一種清潔、高效的水處理方法。大部分厭氧微生物適宜在35℃左右的中溫或55℃左右的高溫條件下生長代謝,在實際工程應(yīng)用中,常需要利用大型設(shè)備和復(fù)雜工藝來保證厭氧系統(tǒng)的運行溫度,這需要消耗大量的能源和費用。探究低溫條件下的厭氧消化過程特性并選取典型污染物研究其低溫狀態(tài)下的厭氧生物降解特性,對有機廢水在低溫條件下的高效處理有著重要意義。本論文通過降溫馴化出適應(yīng)低溫的厭氧顆粒污泥,通過間歇實驗確定其最適宜的碳酸氫鹽堿度補給量,考察了典型污染物DEP(鄰苯二甲酸二乙酯)在低溫厭氧消化過程中的降解情況,通過高通量測序技術(shù)探究了微生物群落的變化特性。利用穩(wěn)定運行的UASB(上流式厭氧污泥床)反應(yīng)器進(jìn)行厭氧消化的降溫馴化過程,溫度從35℃逐步降低到15℃左右,每個溫度下馴化15天左右,整個過程中UASB反應(yīng)器沒有出現(xiàn)嚴(yán)重酸化現(xiàn)象,所得厭氧顆粒污泥性狀良好。通過間歇實驗探究不同碳酸氫鹽堿度投加量的低溫厭氧消化過程,NaHCO_3投加量為0.10mol/L時,體系有足夠的堿度來維持厭氧微生物適宜生長的pH值,此時體系48h內(nèi)COD(化學(xué)需氧量)去除率達(dá)到75.43%。VFA(揮發(fā)性脂肪酸)濃度峰值隨著進(jìn)水堿度的增加而升高,但同時隨著進(jìn)水堿度的增加,積累的VFA降解速度減慢。最終累積的甲烷產(chǎn)量受碳酸氫鹽堿度的影響較小。適宜的碳酸氫鹽堿度有利于促進(jìn)低溫厭氧消化過程中微生物的生長代謝,提高微生物群落的豐度,其中,厚壁菌門(Firmicutes)、變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)是主要的厭氧菌群。低溫下廣古菌門(Euryarchaeota)含量偏低,產(chǎn)甲烷菌的生長受到抑制,但碳酸氫鹽堿度的添加在一定程度上緩解了產(chǎn)甲烷菌豐度的抑制作用。DEP是一種環(huán)境激素類化合物,它的廣泛應(yīng)用給人類健康和環(huán)境安全帶來了很大的危害。在不同DEP初始濃度的廢水低溫厭氧消化過程中,當(dāng)DEP濃度高于200mg/L時,COD去除率受DEP的抑制作用較大,400mg/L時,COD去除率不到50%。100mg/L時DEP的厭氧生物降解效果最佳。EPS(胞外聚合物)含量隨著DEP濃度的增加而減少,當(dāng)DEP高于100mg/L時,EPS含量明顯降低,蛋白質(zhì)與多糖比例下降不利于厭氧顆粒污泥的穩(wěn)定性,但蛋白質(zhì)和多糖的分子結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變。輔酶F_(420)熒光峰的峰強度隨著DEP濃度的升高而減弱,高濃度的DEP抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性。在pH值影響實驗中,酸性體系有機物的去除受到抑制,COD去除率只有45%左右,DEP去除率僅有40%。中性和微堿性環(huán)境中最終COD去除率在70%左右,DEP去除率在80%左右�？侲PS含量隨著pH值的增大而先增加后有所下降,酸性環(huán)境下幾乎看不到輔酶F_(420)的光譜峰,其它峰強度也非常微弱,厭氧體系遭到破壞,產(chǎn)甲烷菌的活動受抑制。酸性和中性條件下,酰胺Ⅰ區(qū)蛋白質(zhì)肽鍵的吸收峰明顯,而偏堿性環(huán)境中出現(xiàn)了酰胺Ⅱ區(qū)蛋白質(zhì)肽鍵的吸收峰,pH值的改變影響了EPS中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。高通量測序結(jié)果表明低溫DEP廢水厭氧體系中的主要微生物菌群有變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bateroidetes)、浮霉菌門(Planctomycete)和綠彎菌門(Chloroflexi)。高濃度DEP體系中物種多樣性指數(shù)較低,中低濃度時DEP濃度的升高對微生物豐度影響較小。γ-變形菌綱(γ-Proteobacteria)可能是有利于DEP降解的優(yōu)勢菌種。酸性體系多樣性指數(shù)偏低,過酸的pH值抑制了部分微生物的生長,中性和偏堿性體系微生物豐富度及多樣性迅速升高。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703
【圖文】：

10圖 1-2 鄰苯二甲酸酯類厭氧降解途徑Fig.1-2 Anaerobic degradation of phthalates經(jīng)報道的鄰苯二甲酸酯類厭氧微生物降解的大致過程如圖 1-2 所酯在酯酶的水解作用下斷裂一個酯鍵，生成鄰苯二甲酸單酯以酯鍵繼續(xù)斷裂生成鄰苯二甲酸和醇，然后鄰苯二甲酸生物降解原兒茶酸）、4,5-二羥基鄰苯二甲酸等產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物的苯氧降解途徑產(chǎn)生常見的揮發(fā)性脂肪酸，最終被產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷碳、水、甲烷和氫氣。

圖 1-4 實驗思路圖Fig.1-4 General outline of the research具體研究內(nèi)容包括以下幾個方面：（1）探究低溫條件對厭氧消化過程特性的影響。在 35℃的條件下二次啟動實驗室上流式厭氧污泥床反應(yīng)器，活化反應(yīng)器內(nèi)的顆粒污泥，然后降低溫度，從 35℃每次降低5℃直到 15℃左右，考察溫度的降低對厭氧消化過程的影響，包括反應(yīng)體系中 pH 值的變化，有機物的去除效率，揮發(fā)性脂肪酸的變化規(guī)律、甲烷產(chǎn)量的積累情況以及顆粒污泥濃度變化等，以此來評價溫度對污泥厭氧消化過程的影響，并培養(yǎng)馴化出適應(yīng)低溫條件的厭氧顆粒污泥。（2）探究碳酸氫鹽堿度對低溫厭氧消化過程的影響。在 15℃的低溫條件下，采用葡萄糖合成廢水進(jìn)行間歇性批次實驗，改變進(jìn)水碳酸氫鈉的投加量，探究其在低溫條件下對厭氧消化特性的影響，通過對反應(yīng)體系中 pH 值的變化，有機物的去除效率，揮發(fā)

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文溫加熱裝置，讓整個反應(yīng)系統(tǒng)在室溫下運行，實驗進(jìn)行時室溫在 15℃~20℃的范觀察低溫狀態(tài)下的厭氧消化情況，讓厭氧顆粒污泥能夠適應(yīng)較低的溫度以用于后溫厭氧實驗。每天對進(jìn)水及出水的 pH 值和 COD 值進(jìn)行檢測，監(jiān)控?fù)]發(fā)性脂肪酸及產(chǎn)氣化情況，根據(jù)反應(yīng)器運行情況及時調(diào)控進(jìn)水流量及水力停留時間，使反應(yīng)器能夠好的厭氧消化效率。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2774535