本文將微生物電解池技術(shù)與厭氧顆粒污泥技術(shù)耦合,并探究耦合體系在廢水COD(chemical oxygen demand)去除率、產(chǎn)氣量、庫倫效率以及降解2,4,6-TCP(2,4,6-trichlorophenol)的性能,并與微生物電解池體系和厭氧顆粒污泥體系相比較。探究石墨板為陽極材料的耦合體系性能后,將陽極材料換為比表面積更大的碳?xì)植⒗们骓憫?yīng)實驗法優(yōu)化耦合體系中乙酸鈉濃度和厭氧顆粒污泥的添加量,最后研究耦合體系對2,4,6-TCP的毒性耐受能力是否提高,并在毒性馴化結(jié)束后對三個體系中微生物菌群進行測定分析,推測微生物之間的協(xié)同作用。(1)以石墨板為陽極進行耦合實驗,比較耦合前后反應(yīng)器的降解性能。啟動反應(yīng)器,取其中3個加入6.4 g厭氧顆粒污泥構(gòu)建耦合體系,一個周期的運行時間與MEC體系相比從2天縮短為1天,周期結(jié)束COD去除率(82.37%)略微高于MEC體系(78.81%),COD去除率在耦合后增加了一倍。耦合前產(chǎn)氣量為12.9 mL,耦合后產(chǎn)氣量增加22.86 mL,顯著增加。耦合后的庫倫效率為20%左右,較之MEC體系(92%)大幅下降。但是耦合體系與AGS(anaerobic granular sludge)體系相比在COD去除率和產(chǎn)氣量上兩者基本接近,未體現(xiàn)出優(yōu)勢。(2)陽極材料由石墨板換為碳?xì)?并通過曲面響應(yīng)法優(yōu)化耦合反應(yīng)器中乙酸鈉濃度和厭氧顆粒污泥添加量。通過實驗確定基質(zhì)中乙酸鈉的濃度范圍為:1 g/L≤3 g/L,耦合體系中厭氧顆粒污泥添加量范圍為:2 g≤6 g。設(shè)置目標(biāo)值大小后,通過“Design expert”軟件優(yōu)化得出結(jié)果,并選取NaAC濃度為2.09 g/L,AGS添加量為3.13 g的一組,實際測得耦合體系的COD去除率為86.02%,庫倫效率為61.42%,COD利用速率為756.57 mg/(L·day),與理論值接近,優(yōu)化結(jié)果可靠。(3)依據(jù)優(yōu)化結(jié)果,以碳?xì)譃镸EC陽極進行耦合研究,比較耦合前后反應(yīng)器的性能以及在毒性環(huán)境中馴化后微生物群落變化。耦合體系一周期運行時間比MEC體系縮短10小時左右。耦合體系COD去除率在整個運行周期內(nèi)一直高于MEC體系和AGS體系。在第35小時耦合體系COD去除率已達(dá)85.04%,COD去除已基本完成,而AGS體系的COD去除率只有69.97%,MEC體系的COD去除率為79.36%。耦合體系的產(chǎn)氣性能也高于另外兩個體系,反應(yīng)器運行第28小時,耦合體系產(chǎn)氣量已達(dá)76 mL,分別比MEC體系高出12.4 mL,比AGS體系高出24.9 mL。28小時之后產(chǎn)氣量增加較小,到最后周期結(jié)束產(chǎn)氣量為79.2 mL。加入TCP馴化,MEC體系反應(yīng)器峰值電流的下降幅度要高于耦合體系。在50 mg/L TCP下耦合體系的TCP降解率(28.97%)和產(chǎn)氣量(56.8 mL)均為最高,而MEC體系在50 mg/L TCP下的產(chǎn)氣量大幅下降。TCP馴化結(jié)束后,在MEC體系和耦合體系的陰極優(yōu)勢菌種均為Pseudomonas,陽極優(yōu)勢菌種均為Geobacter。耦合體系的陽極微生物中的Desulfovibrio的占比在所有測序樣品中最高。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

4,6-三氯苯酚主要指吸附劑借助與污染物之間其化學(xué)特性。從水溶液中吸附去4,6-TCP 濃度，減少其對環(huán)境和生比表面積大、來源廣，對以其為代在的農(nóng)作物外殼為基礎(chǔ)材料燒制 mg/g，并通過曲面響應(yīng)法優(yōu)化得活化時間 2.29h，碳浸比 2.91。炭也取得了良好的吸附去除效果中的 2,4,6-TCP 進行吸附測試，

圖 1-3 MEC 反應(yīng)器常見構(gòu)型示意圖 (a 雙室 MEC, b 單室 MEC)微生物電解池的應(yīng)用著對 MEC 理論基礎(chǔ)研究的完善，MEC 研究領(lǐng)域慢慢擴展到利用 MEC 處理性質(zhì)的廢水。Ditzig 等[40]利用 MEC 處理高 COD 值(>360 mg/L)市政污水實(Biochemical oxygen demand)、COD 和 DOC(Dissolved organic carbon)三個去除率(87%~100%)，處理后出水的 BOD 低于 7.0±0.2mg/L，產(chǎn)氫量可達(dá)/g-COD，證明了將 MEC 技術(shù)應(yīng)用市政污水處理的可能性，采用連續(xù)流 M處理市政污水的 COD 去除率達(dá) 76%[41]。由于實際廢水遠(yuǎn)比實驗室所用的雜，所以 MEC 處理實際廢水中也存在著庫倫效率低等問題。外 MEC 也可應(yīng)用于處理高濃度的畜禽養(yǎng)殖廢水、食品加工廢水。Wagne MEC 處理養(yǎng)豬場廢水，運行 20 小時后 COD 去除率達(dá)到 8%~29%，運行 COD 去除率達(dá) 69%~75%。每立方廢水每天產(chǎn)氫氣 0.9~1m3，運行前 42 小時

圖 1-4 AGS 實物圖 圖 1-5 AGS 微生物分布示意圖顆粒污泥的應(yīng)用對厭氧顆粒污泥研究的深入，其應(yīng)用領(lǐng)域從最初單一地處理生活污他行業(yè)的污水處理中[63]。Meng 等[64]利用容積 1.47 L 的 EGSB 處理素阿莫西林，在 241 天的馴化中不斷提高阿莫西林濃度，最終其降 241.7mg/L，出水中 COD 去除率和阿莫西林去除率分別為 85%、80的處理效果。同樣地，Sallis 等[65]也利用上流式厭氧反應(yīng)器處理制藥素為代表的環(huán)內(nèi)酯物的廢水，在有機負(fù)荷為 1.86kgCODm3d1，在 4 天的條件下，COD 去除率為 70%~75%，泰樂菌素的去除率達(dá) 95%顆粒污泥也應(yīng)用于降解有毒有害物質(zhì)，例如苯酚，2,4,6-三氯苯酚，酚化合物和鹵代苯酚。Yan 等[66]利用 500 mL 反應(yīng)瓶,瓶內(nèi)添加培養(yǎng)泥并使揮發(fā)性懸浮固體(Volatile suspended solids，簡稱 VSS)濃度為 1
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本文編號：2882604