【摘要】：目前,我國經(jīng)濟增長速度快,生活水平日益提高,人們對畜禽產(chǎn)品的需求量也逐漸增加,大規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生大量的畜禽養(yǎng)殖廢水。該廢水含化學需氧量(COD)、氨氮(NH_4~+-N)、總磷(TP)濃度高且存在抗生素類污染物,排入受納水體將對生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來潛在危害。現(xiàn)有處理工藝對常規(guī)有機物有較好的去除效果,而氨氮、磷以及抗生素的去除尚存在較大難度。針對該類廢水中抗生素類有機物去除難等問題,開發(fā)高效、經(jīng)濟的水處理技術勢在必行。本研究提出好氧顆粒污泥(AGS)結合序批式反應器(SBR)形成AGSBR處理該類廢水�？疾霢GSBR的除污效果以及AGS性能,重點對AGS去除四環(huán)素(TC)和土霉素(OTC)的機制展開深入研究。研究比較膜生物反應器(MBR)和SBR兩種反應器同時培養(yǎng)AGS效果,結果表明SBR中獲得AGS的時間更短、形態(tài)更佳、沉降性能更優(yōu)。因此,確定在SBR中分別接種冷凍儲存的顆粒污泥和普通活性污泥以馴化培養(yǎng)成熟的AGS。運行至22天,以冷凍顆粒污泥培養(yǎng)形成的AGS結構致密,邊緣光滑,其混合液懸浮固體濃度(MLSS)值超過8 g/L,污泥體積指數(shù)(SVI)值達到37mL/g。此時COD、NH_4~+-N和TP的去除率均超過90%。以活性污泥接種的反應器運行至54天,得到形態(tài)良好的AGS,與前者相比,其污泥性能和除污效能均較低。結果表明以冷凍儲存顆粒污泥作為接種污泥可快速啟動AGSBR。進一步優(yōu)化AGSBR參數(shù),以達到高效處理畜禽養(yǎng)殖廢水的目的。當剪切力為1.86 cm/s,AGSBR對COD、NH_4~+-N和TP的去除率分別為94.0%、79.0%和90.0%。在此條件下可獲得形貌和性能均最佳的AGS,其MLSS值和SVI值分別達到6.0 g/L和35.0 mL/g。在不同進水C/N比條件下優(yōu)化AGSBR,此時進水污染物濃度高于剪切力為1.86 cm/s時的濃度,當C/N比為8時形成具有較好形態(tài)和性能的AGS,其MLSS值和SVI值分別達到6.0 g/L和55.3 mL/g,COD、NH_4~+-N和TP的去除率分別為96.0%、88.0%和75.0%。此時氮、磷去除效果較差,因此,在不同水力停留時間(HRT)下進一步優(yōu)化AGSBR。當HRT為4 h時,AGS對廢水有較好的適應性,AGSBR對COD、NH_4~+-N和TP的去除率分別為96.0%、93.2%和89.3%,污染物出水濃度均達到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》。此時得到的AGS,其沉降性能良好,MLSS值與SVI值分別為8g/L和44.5 mL/g。采用優(yōu)化好的條件參數(shù),應用AGSBR處理模擬以及實際養(yǎng)豬場廢水,考察其處理效能和運行穩(wěn)定性。結果表明,AGSBR在處理模擬廢水過程中運行穩(wěn)定,但含TC和OTC兩個反應器中AGS的生物量有較大差異,MLSS分別為5.8 g/L和8.6 g/L,而對污染物的去除效果差異不大,COD、NH_4~+-N、TP去除率均達到98%、87%、98%以上,TC和OTC的去除率分別是90%和89%。結果表明,兩個反應器中微生物在門和綱水平上具有抗藥性的微生物分別為Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria以及β-proteobacteria、α-Proteobacteria、Actinobacteria,而在屬水平上為Comamonas、Ottowia、Fluviicola。此外,分別以甲醇、淀粉以及蔗糖為補充碳源,應用AGSBR處理養(yǎng)豬場實際廢水,結果表明以蔗糖為補充碳源時AGSBR處理效果最好,COD、NH_4~+-N、TP的去除率分別為96.83%、81.14%、97.37%,出水濃度均低于《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》(GB/T18596-2001)的限值。TC和OTC的去除率分別是81.4%和80.7%。其中AGS形態(tài)良好,MLSS值和SVI值分別為12.65 g/L和29.23 mL/g。深入研究了AGS對兩種目標物TC和OTC的吸附和降解動力學,以解析其去除機制。結果表明,AGS對TC和OTC的去除過程中,前期以吸附為主,后期以降解為主。藥物馴化前的AGS對目標物的吸附作用占總?cè)コ康淖罡哓暙I比為0.70和0.72,而馴化后的AGS對目標物的降解作用占總?cè)コ康淖罡哓暙I比為0.88和0.72。當污泥濃度為15 g/L和10 g/L時,AGS對目標物的去除效果最佳,這與微生物之間的競爭關系有關。此外,AGS對TC和OTC有一定礦化度,其總有機碳(TOC)的去除率分別為71.8%與70.9%。檢測TC和OTC的中間產(chǎn)物,結果發(fā)現(xiàn)22種TC中間產(chǎn)物,13種OTC中間產(chǎn)物,并以此推測分析了二者的降解途徑。最后,利用宏基因組檢測技術分析AGS降解TC和OTC過程中的功能菌、功能基因以及代謝通路的差異,揭示AGS降解目標污染物的作用機制。AGS降解TC過程,存在顯著差異的微生物(P0.05)包括Sphingopyxis、Ruminococcus、Fluviicola等,而降解OTC過程存在的顯著差異微生物包括Leclercia、Haloferula、Sphingopyxis等。多糖裂解酶、氧化還原酶、糖基轉(zhuǎn)移酶在OTC降解過程中起到脫氫、氧化以及糖基化的作用。結果表明AGS中微生物降解TC和OTC過程中即有相同代謝通路也有各自的特殊代謝通路,而且在相同代謝通路中發(fā)揮作用的酶也有差異。其中萘1,2-二加氧酶對TC和OTC的芳香族中間產(chǎn)物的降解起到關鍵作用,醇脫氫酶在TC降解過程中對其脂肪醇、芳香醇中間產(chǎn)物與相應醛酮類之間的轉(zhuǎn)化起到重要作用,醛還原酶對OTC降解過程中醛類產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為醇類產(chǎn)物起到重要作用。本文研究成果將對AGSBR處理實際畜禽養(yǎng)殖廢水具有重要的理論參考和指導意義。
【圖文】：

2.2.1 反應裝置本實驗第一階段采用兩種反應器進行研究，分別為 MBR 和 SBR，二者的結構和原理圖分別如圖 2-1 和圖 2-2 所示。MBR 反應器的有效容積為 628 mL，反應器底部設置曝氣頭，由空氣泵提供曝氣。通過配水箱中的潛水泵將進水打入高位水箱，進水進入高位水箱后利用重力作用流入恒位水箱，之后經(jīng)恒位水箱進入 MBR，出水由蠕動泵抽吸，同時由另一臺蠕動泵控制反洗。該過程中選擇的膜組件為聚氯乙烯 (PolyvinyChloride，PVC) 束狀中空纖維膜，其膜面積為 0.1m2，膜孔徑和膜通量分別為0.01μm 和 10 L/(m2·h)。SBR 反應器的直徑為 40 mm，，有效高度為 500 mm，有效容積為 628 mL，換水率為 50%。曝氣量由空氣流量計控制，反應器底部有砂芯曝氣頭，進水由蠕動泵打入反應器，采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）分別控制蠕動泵、電磁閥(2W 系列)和電磁式空壓機(ACO-002)，實現(xiàn)進出水和曝氣等過程的自動控制。實驗第二、三、四、五階段采用 2~5 個 SBR 反應器并聯(lián)平行運行，反應器結構和尺寸與第一階段中 SBR 反應器相同。

2 SBR 裝置示意圖（1 充氣泵，2 微電腦失控開關，3 氣體流量計，4 曝氣磁閥，6 蠕動泵，7 排水箱，8 進水箱）2-2 Schematic diagram of SBR device ( 1 Air pump, 2 Programmable logic cont flowmeter, 4 Aerator, 5 Solenoid valve, 6 Peristaltic pump, 7 Intake tank, 8 Out 運行條件實驗第一階段中 MBR 反應器使用的運行方式為連續(xù)流，處理量為 為 4 h。MBR 底部設有排泥口，相應污泥停留時間（SRT）為 14 水比為 27:1(V:V)。反沖水為其自身處理后的回用水，MBR 每處理 1就對膜進行一次時長為 2min 的反沖洗，其流速是出水流速的 1.5 倍 3 L/d。SBR 反應器每天運行 10 個周期，每周期 2.4 h，進水 6 miin，氣體流量為 0.2~0.3 m3/L，沉淀 1 min，排水 4 min。兩個反應荷 Nv 均為 4.78 kg(COD)/(m3·d)。MBR 和 SBR 反應器（分別記為 M性污泥為接種污泥，啟動和運行過程共經(jīng)歷 60 天。實驗進水一致，水。實驗第二階段為 AGSBR 快速啟動研究過程，該實驗過程中反應裝
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X713

【參考文獻】

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本文編號：2636619