【摘要】：實現高效節(jié)能的工業(yè)污水處理是水處理領域長期的挑戰(zhàn),傳統(tǒng)的工業(yè)廢水處理存在能耗成本過高的缺點,這阻礙了可持續(xù)發(fā)展。因此,高效節(jié)能的處理工業(yè)廢水的任務依然艱巨,針對每種工業(yè)污水中主要污染物的特征,設計科學的生物反應器處理各類污水并揭示污染物生物降解規(guī)律對實現高效節(jié)能的污水處理具有十分重要的價值。在此,我們發(fā)明了一種逆向流篩板塔式內循環(huán)生物反應器(Vertical Biofilm Bioreactor,VBBR),該反應器具有優(yōu)越的處理污染物能力,無需提供額外的曝氣裝置。以VBBR為處理污水的工具,我們分別針對2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)、硝基苯(NB)和對硝基酚(PNP)進行研究,得到以下的結論:(1)在生物降解同時含2,4,6-TCP、硝酸鹽或亞硝酸鹽污水時,還原脫氯與反硝化均是需要電子的反應,這些反應在同一個反應器進行時,會因為競爭電子供體而產生相互抑制作用,這種相互抑制作用可通過添加電子供體得到一定程度的緩解。與2,4,6-TCP和硝酸鹽同時還原相比,亞硝酸鹽對2,4,6-TCP的抑制作用更弱。(2)通過控制操作條件,可以在VBBR中同時形成厭氧區(qū)和好氧區(qū),從而加速NB的生物降解速率。因為在單一的厭氧條件下,NB轉化為苯胺(AN)后就很難進一步降解,從而會抑制NB的降解。而如果在單一的好氧條件下,NB則會生成更難生物降解的硝基酚(PNP),從而導致NB的降解速率緩慢。當控制反應器內的溶解氧(DO)濃度(~0.5 mg/L)時,添加外源電子供體,可以加速NB的去除速率。增加外源電子供體,可以加速NB和AN的單加氧反應速率,增加AN的單加氧反應速率可以緩解AN在厭氧區(qū)對NB的抑制影響。(3)塑料基載體和鐵基VBBR相比,鐵基載體表面更容易形成強健的生物膜,且生物膜群落具有更高多樣性和豐富度,在鐵基載體VBBR中,在四種濃度乙酸鈉的添加量下,都不能改變鐵基載體VBBR降解PNP的速率大于塑料基載體VBBR的事實,且鐵基載體VBBR維持PNP最大的降解速率所需乙酸鈉僅需要2.5 mmol/L。饑餓處理實驗表明鐵基載體VBBR具有更強的抗饑餓能力,當解除饑餓脅迫后,鐵基載體VBBR恢復降解PNP活性所需的時間遠遠小于塑料基載體VBBR。(4)鐵基載體與塑料基相比,鐵的化學性質活潑,自然環(huán)境中會發(fā)生化學腐蝕作用產生三價鐵,三價鐵既能作為細菌的能量物質,又能作為生物膜生長發(fā)育的信號。因此,鐵基載體促進生物膜的生長發(fā)育,形成更厚實、功能結構健全的生物膜。此外,鐵基載體生成三價鐵作為生物膜內部微生物的電子受體,保證胞外電子在生物膜內可以雙向傳遞,提高了胞外電子傳遞速率。
【圖文】：

第 1 章 緒論 上海師范大學博士學位論文載體 VBBR 和塑料基載體 VBBR 抵抗饑餓能力。根據兩種材料載體 VBBR 降解PNP 速率的不同，解釋造成這種現象背后的原因。采用高通量測序技術，從生物膜種群結構和生物多樣性角度解釋鐵基載體 VBBR 加速 PNP 生物降解。根據已有文獻的分析和 KEGG 數據，另外一種可能的機理是提高了胞外電子傳遞鏈效率，鐵可以提高相關酶的活性，間接加速了電子傳遞速率。

上海師范大學博士學位論文 第 2 章 基于 VBBR 的同時還原脫氯與反硝化這是在厭氧條件下被證明最常見的還原脫氯反應[123,124]。第 4 和第 5 步反應是單加氧反應，需要有氧氣分子（O2）和 2H 參與反應。因此，前五步 2,4,6-TCP 的轉化需要胞內電子供體的參與，從 A 到 F 的反應過程中需要凈 8 個電子當量的電子。最后一步礦化產生的粘康酸會產生 22H，，這些產生的 22H 可以為前面 到 F 的反應提供所需要的電子。
【學位授予單位】：上海師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X703

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本文編號：2686662