【摘要】：環(huán)境污染和能源危機是困擾社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和人類生存的兩大難題。有機廢水的厭氧生物技術(shù)將污染治理與能源回收有機結(jié)合，成為當前解決環(huán)境污染和能源短缺的一條重要途徑，如何進一步提高厭氧生物反應(yīng)器處理效能及運行穩(wěn)定性是當前厭氧生物技術(shù)中亟待解決的關(guān)鍵問題。對厭氧生物處理理論的深入研究，是開發(fā)新技術(shù)和進一步提高系統(tǒng)處理效能和運行穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。有機負荷率（OLR）和pH是厭氧生物處理系統(tǒng)的重要運行控制參數(shù)，其變化會對系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響并進一步影響到系統(tǒng)的處理效能。研究厭氧生物處理系統(tǒng)中HPAs對有機負荷率（OLR）和pH的生態(tài)響應(yīng)規(guī)律，揭示HPAs的動態(tài)變化與系統(tǒng)運行特征之間的內(nèi)在聯(lián)系，探索強化厭氧生物處理系統(tǒng)中產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸作用的調(diào)控對策，對于進一步提高厭氧生物處理系統(tǒng)的運行效能及穩(wěn)定性具有重要意義。 本文選取UASB和ABR兩種典型厭氧反應(yīng)器為實驗裝置，以UASB和ABR的啟動和運行為基礎(chǔ)，分別考察了OLR和pH的變化對UASB和ABR運行效能及穩(wěn)定性的影響，并采用聚合酶鏈式反應(yīng)-變性梯度凝膠電泳（PCR-DGGE）指紋分析技術(shù)對系統(tǒng)中HPAs的演替規(guī)律進行解析。在此基礎(chǔ)上，探討UASB和ABR系統(tǒng)中HPAs演替與系統(tǒng)運行特征之間的內(nèi)在聯(lián)系，提出強化厭氧生物處理系統(tǒng)中產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸作用的調(diào)控對策。 根據(jù)UASB和ABR的構(gòu)造及工藝特點，分別采用不同的啟動方式對反應(yīng)器進行啟動。UASB采用“固定進水COD濃度，分階段縮短水力停留時間（HRT）”的方式啟動，經(jīng)過180d的連續(xù)運行，在進水COD1000mg/L、HRT8h的條件下達到運行穩(wěn)定，系統(tǒng)的COD去除率維持在90%以上，反應(yīng)區(qū)出現(xiàn)大量成熟顆粒污泥。ABR采用低負荷啟動方式進行啟動，經(jīng)過228天連續(xù)運行，在進水COD8000mg/L、HRT36h、OLR5.4kg COD/m~3·d的條件下達到穩(wěn)定運行，產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相沿程得以有效分離。第1格室和第2格室以產(chǎn)酸發(fā)酵菌群為優(yōu)勢菌，為產(chǎn)酸相；而在第3格室和第4格室中HPAs和產(chǎn)甲烷菌占據(jù)優(yōu)勢地位，為產(chǎn)甲烷相。 在UASB和ABR啟動完成的基礎(chǔ)上，研究了HPAs對OLR變化的生態(tài)響應(yīng)規(guī)律。結(jié)果表明，隨著OLR的逐步提升，UASB和ABR系統(tǒng)中HPAs發(fā)生了明顯的演替過程。在OLR比較低（10kg COD/m~3·d）時，具有較低最大比降解速率（Umax）和比生長速率（μ）的食丙酸產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌Syntrophobacterwolinii為優(yōu)勢菌。而隨著OLR的提升，具有較高Umax和μ的食丙酸產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌Pelotomaculum propionicicum和P. schinkii依次演替成為系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌。HPAs的演替強化了系統(tǒng)中的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸作用，使得UASB和ABR系統(tǒng)的處理效能得到顯著提高。在UASB和ABR系統(tǒng)中，隨著OLR大幅提升，系統(tǒng)的COD去除率均保持在92%以上。因此，在廢水厭氧生物處理工程中，，在反應(yīng)器的啟動期和穩(wěn)定運行期，可通過人為的、定期的“制造”O(jiān)LR沖擊，促使反應(yīng)器中HPAs發(fā)生演替，以此來強化系統(tǒng)中HPAs的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸作用，將有利于厭氧生物處理系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。 在UASB系統(tǒng)中，pH的降低對HPAs的分布和優(yōu)勢度產(chǎn)生了顯著影響，食丙酸產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌Pelotomaculum schinkii在系統(tǒng)中的優(yōu)勢度隨著系統(tǒng)內(nèi)pH的下降而顯著降低。而P. schinkii優(yōu)勢度的降低，導(dǎo)致UASB系統(tǒng)的COD去除率由91%下降到了68%，出水中丙酸殘留增加到了1250mg/L。在UASB系統(tǒng)中，當pH為限制性生態(tài)因子時，HPAs的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸作用對厭氧生物處理過程的限制作用要大于產(chǎn)甲烷菌群。因此，在UASB的運行調(diào)控過程中，不僅要考慮產(chǎn)甲烷菌的生理生態(tài)特性，更要優(yōu)先考慮HPAs的生理生態(tài)特性。 ABR系統(tǒng)對pH的下降具有良好的緩沖性能，當進水pH由8.0逐級下降到6.0時，ABR系統(tǒng)整體的COD去除率均保持在93%以上。ABR良好的緩沖性能來自系統(tǒng)中主要功能菌群對pH下降的積極生態(tài)響應(yīng)。當pH作為限制性生態(tài)因子時，進水pH的下降會使ABR系統(tǒng)產(chǎn)酸相的發(fā)酵類型發(fā)生轉(zhuǎn)變，進而促進系統(tǒng)中HPAs的演替。在廢水厭氧處理工程中，可通過對進水pH的調(diào)控，將ABR系統(tǒng)的產(chǎn)酸相控制在乙醇型發(fā)酵，為HPAs提供最適宜的底物，使得系統(tǒng)中的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸作用得以強化，進而提高系統(tǒng)的處理效能及運行穩(wěn)定性。將ABR系統(tǒng)的產(chǎn)酸相控制在乙醇型發(fā)酵，在提高系統(tǒng)的處理效能及運行穩(wěn)定性的同時，還可以實現(xiàn)同步產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X703;X172

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王立軍;鄭文華;史緒盛;張耀英;;IC反應(yīng)器酸化原因分析及重新啟動[J];中國給水排水;2007年24期

2 李建政,任南琪,王愛杰,王莉,趙丹,陳曉蕾;二相厭氧生物工藝相分離優(yōu)越性的探討[J];哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報;1998年02期

3 李建政;張妮;李楠;王興祖;;HRT對發(fā)酵產(chǎn)氫厭氧活性污泥系統(tǒng)的影響[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2006年11期

4 劉然;彭劍峰;宋永會;王毅力;于雷;袁鵬;解明曙;;厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)中微生物種群演替特征[J];環(huán)境科學(xué)研究;2010年06期

5 杜接弟;王毅力;李炯;徐昕照;魏科技;;HRT對ABR處理低濃度廢水的效果和顆粒污泥特征的影響[J];環(huán)境科學(xué);2009年07期

6 劉然;彭劍峰;宋永會;王毅力;于雷;袁鵬;解明曙;;厭氧折流板反應(yīng)器酸化及其對微生物種群分布的影響[J];環(huán)境科學(xué);2010年07期

7 王慧芳;買文寧;趙雅光;;IC反應(yīng)器啟動過程中酸化問題的研究[J];河南科學(xué);2008年02期

8 任南琪 ,李建政 ,趙丹 ,陳曉蕾;Mechanism and controlling strategy of the production and accumulation of propionic acid for anaerobic wastewater treatment[J];Science in China(Series B,Chemistry);2002年03期

9 王娟;買文寧;沈小華;;內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器處理制藥廢水的酸化及其恢復(fù)[J];水處理技術(shù);2011年01期

10 涂保華,王建芳,張雁秋;UASB反應(yīng)器中顆粒污泥的培養(yǎng)[J];污染防治技術(shù);2003年03期

本文編號：2707960