【摘要】：自60年代始,水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象逐漸引起人們的高度重視,現(xiàn)已演變?yōu)槿蛐原h(huán)境生態(tài)問(wèn)題,全面防控并協(xié)同治理氮磷污染是目前解決的有效路徑�，F(xiàn)如今,隨著人們?nèi)找骊P(guān)注環(huán)境問(wèn)題,絕大部分國(guó)家都制定了非常嚴(yán)格的城市污水排放規(guī)定。但是,當(dāng)前運(yùn)用的生物處理脫氮除磷方法仍舊存在著一些“效率較低”、“穩(wěn)定性差”、“低溫硝化”等困難。UASB(Up-flow anaerobic sludge blanket)厭氧反應(yīng)器,由于其運(yùn)行成本較低、占地較小及產(chǎn)生較少排放物等優(yōu)點(diǎn),很早就被人們用來(lái)處理高濃度有機(jī)廢水。UASB反應(yīng)器需要大量有益微生物的共同參與才能達(dá)到較好的除氮效果,因此需要提供大量的有機(jī)碳類才能保持反應(yīng)器的高效運(yùn)行。同時(shí),對(duì)于UASB反應(yīng)器還需要進(jìn)一步地完善其運(yùn)行體系來(lái)獲取更高效運(yùn)行。反應(yīng)器的運(yùn)行包括四個(gè)關(guān)鍵步驟:水解、酸化、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷,這四個(gè)部分是相互聯(lián)系并依次運(yùn)行的。在微生物的長(zhǎng)期作用下,微生物與有機(jī)廢棄物之間構(gòu)建了相互依賴與制約的“共生”關(guān)系。因此,最大限度地維持微生物的種類及豐度,對(duì)于反應(yīng)器的穩(wěn)定性具有十分重要的作用,如pH值。UASB反應(yīng)器具有一定的pH緩沖能力,使系統(tǒng)維持在6.3-7.8之間,但是如果pH值變化較大,其直接會(huì)使反應(yīng)器的一項(xiàng)重要指標(biāo)COD去除率明顯下降。在以往研究過(guò)程中,通過(guò)添加碳酸氫鈉來(lái)維持系統(tǒng)pH的穩(wěn)定性,從而致使污水中含有大量的鈉離子。因此,需要一種更穩(wěn)定、更有效的方法來(lái)維持系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。通過(guò)在UASB厭氧反應(yīng)器中添加二價(jià)鐵離子,本研究發(fā)現(xiàn)外源二價(jià)鐵離子能夠維持系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間高效運(yùn)行,并且能夠使酸化的厭氧反應(yīng)器恢復(fù)正常運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上,也深入研究了二價(jià)鐵離子改善UASB厭氧反應(yīng)器運(yùn)行性能的作用機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:(1)反應(yīng)器運(yùn)行最優(yōu)二價(jià)鐵離子濃度篩選通過(guò)添加不同量的FeCL_2,使進(jìn)水中的二價(jià)鐵離子濃度分別為0、1mM、2mM、3mM、4mM、5mM、6mM和7mM。未加入二價(jià)鐵離子的正常運(yùn)行反應(yīng)器中,反應(yīng)器的COD去除率在79%左右。當(dāng)加入二價(jià)鐵離子,COD去除率逐漸增加。當(dāng)二價(jià)鐵離子濃度達(dá)到5mM時(shí),COD去除率達(dá)到89%左右。但隨著二價(jià)鐵離子濃度的繼續(xù)增加,COD去除率卻迅速下降。因此,可篩選出UASB厭氧反應(yīng)器中最優(yōu)的二價(jià)鐵離子濃度為5mM。(2)外源鐵對(duì)UASB反應(yīng)器中污水理化指標(biāo)的影響本研究設(shè)置了對(duì)照組反應(yīng)器。UASB反應(yīng)器運(yùn)行19天后(UASB反應(yīng)器趨于正常穩(wěn)定運(yùn)行),在進(jìn)水中加入FeCL_2并進(jìn)行溶液標(biāo)定,使其反應(yīng)器內(nèi)污水的終濃度為5mM,對(duì)照組反應(yīng)器不加入任何外源金屬離子。對(duì)照組UASB反應(yīng)器和實(shí)驗(yàn)組UASB反應(yīng)器運(yùn)行1-19天,兩組反應(yīng)器中的COD去除率和pH都趨于穩(wěn)定,而且COD去除率能夠保持在80%-88%之間。當(dāng)反應(yīng)器運(yùn)行至21天時(shí),對(duì)照組反應(yīng)器中的pH迅速下降。當(dāng)運(yùn)行至43天時(shí),pH下降至6以下,同時(shí)COD去除率也下降至40%-55%之間。與此同時(shí),實(shí)驗(yàn)組由于在第19天加入了外源二價(jià)鐵離子,運(yùn)行21天后其COD去除率和pH均能夠保持較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。另外,在已經(jīng)酸化的對(duì)照UASB反應(yīng)器中加入外源二價(jià)鐵離子,發(fā)現(xiàn)加入鐵離子后運(yùn)行20天左右,UASB反應(yīng)器的COD去除率上升至90%以上,同時(shí)pH也迅速的恢復(fù)至7左右。而且反應(yīng)器能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)檢測(cè)不同時(shí)間段的NO_3~-、NO_2~-、NH_4~+、Fe~(3+)和Fe~(2+)濃度變化,發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)器正常運(yùn)行19天之內(nèi),反應(yīng)器中的大部分NH_4~+都能轉(zhuǎn)化為NO_3~-和NO_2~-離子。當(dāng)加入鐵離子后,NO_3~-和NO_2~-離子含量也迅速下降。因此,可以看出,二價(jià)鐵離子促進(jìn)了NO_3~-和NO_2~-離子的有效去除。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,當(dāng)停止加入二價(jià)鐵離子,反應(yīng)器內(nèi)NO_3~-和NO_2~-離子含量迅速上升。當(dāng)反應(yīng)運(yùn)行至89天時(shí),pH下降至6以下,NO_3~-和NO_2~-離子含量分別達(dá)到了5.1 mM和2.4 mM,遠(yuǎn)高于反應(yīng)器運(yùn)行的1-19天。當(dāng)重新加入二價(jià)鐵離子,在反應(yīng)器運(yùn)行至105天時(shí),NO_3~-和NO_2~-離子含量分別降至3.4mM和1.4 mM。(3)外源鐵對(duì)UASB反應(yīng)器中微生物群落的影響本研究通過(guò)16S高通量測(cè)序,檢測(cè)了反應(yīng)器運(yùn)行的四個(gè)時(shí)間段(Con:對(duì)照;AdF:加入二價(jià)鐵離子;Aci:酸化期;Rev:酸化恢復(fù)期)中內(nèi)部微生物種群的變化情況與生長(zhǎng)趨勢(shì)。高通量測(cè)序結(jié)果表明:在Con中,Clostridium,Hydrogenophaga,Flavobacterium,Prevotella,Achromobacter,Paludibacter,Chryseobacterium,Treponema,Longilinea,Bacteroides,Cloacibacterium,Sulfuricurvum和Methylotenera所占比例較高。當(dāng)加入二價(jià)鐵離子以后,Hydrogenophaga,Methylotenera,Zoogloea和Fluviicola所占比例有所增加,但是Clostridium,Flavobacterium,Prevotella,Achromobacter和Paludibacter所占比例下降明顯。在Aci中,Paludibacter,Zoogloea和Methylomonas所占比例下降明顯,但是當(dāng)通過(guò)加入二價(jià)鐵離子反應(yīng)器恢復(fù)正常后,Hydrogenophaga,Methylotenera,Zoogloea和Fluviicola又重新上升為比例最高的幾個(gè)屬。同時(shí),針對(duì)厭氧反應(yīng)器內(nèi)的理化特性指標(biāo)和微生物種群動(dòng)態(tài)變化之間的關(guān)系也進(jìn)行了分析研究。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),理化特性和微生物之間具有一定的相關(guān)性。二價(jià)鐵離子與Clostridium,Prevotella,Treponema和Bacteroides具有顯著的負(fù)相關(guān)性,而與Hydrogenophaga,Paludibacter,Methylotenera和Zoogloea具有顯著的正相關(guān)性;硝酸根離子與Hydrogenophaga具有明顯的正相關(guān)性,與Paludibacter和Methylotenera具有明顯的負(fù)相關(guān)性;亞硝酸根離子與Longilinea和Methylotenera具有明顯的負(fù)相關(guān)性;銨根離子只與Paludibacter呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性。(4)UASB反應(yīng)器中細(xì)菌的篩選及鑒定采用細(xì)菌分離純化方法,將可進(jìn)行放大培養(yǎng)的目標(biāo)細(xì)菌從厭氧反應(yīng)器中分離純化出來(lái)。通過(guò)人工培養(yǎng)基篩選,確定了4株具有較強(qiáng)反硝化能力的細(xì)菌。同時(shí),通過(guò)在UASB反應(yīng)器中添加細(xì)菌,本研究也發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌具有顯著增強(qiáng)反應(yīng)器運(yùn)行性能的作用。(5)外源鐵對(duì)UASB反應(yīng)器中酶活性指標(biāo)的影響本研究通過(guò)檢測(cè)加入二價(jià)鐵離子后厭氧反應(yīng)器中的不同酶活性指標(biāo),發(fā)現(xiàn)蛋白酶、脲酶、磷酸酶和淀粉酶在加入二價(jià)鐵離子后活性逐漸增加,分別增加了23%、36%、22%和36%。
【學(xué)位授予單位】：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

圖 1-1 厭氧降解流程Figure 1-1 Anaerobic degradation process三階段人們研發(fā)了很多不同類型的厭氧反應(yīng)器是利用厭氧菌體代謝的生物化學(xué)基本原理。如厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)、厭氧顆粒污泥膨脹床膜生物系統(tǒng)(AMBS)等[65-70]。究的目的與意義及內(nèi)容氮除磷一直是污水治理中亟待解決的重要問(wèn)題之一，由于單純生物脫流程簡(jiǎn)單、低耗、高效技術(shù)要求，因此開發(fā)新的復(fù)合式脫氮除磷工藝96]。據(jù)調(diào)查，我國(guó)城市污水處理企業(yè)中普遍存在脫氮除磷效率低、運(yùn)溫硝化等生物脫氮除磷技術(shù)問(wèn)題。長(zhǎng)久以來(lái)，以 UASB 為代表的生除磷的主流工藝，經(jīng)多年實(shí)踐取得了良好的運(yùn)行效果，但是該工藝中的菌、反硝化菌和聚磷菌功能微生物混合生長(zhǎng)，在不同反應(yīng)條件下各種限制了系統(tǒng)最大處理能力的發(fā)揮[97]。

圖 2-1 UASB 反應(yīng)器示意圖Figure2-1 Schematic diagram of the continuous UASB料取自安徽省合肥市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠厭氧池，接應(yīng)器有效容積的 30%，UASB 厭氧反應(yīng)器的水力停留時(shí)間設(shè)器表 2-1 主要實(shí)驗(yàn)儀器Table 2-1 Experimental Instruments儀器 型號(hào) 生產(chǎn)商作臺(tái) AIR TECH 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司風(fēng)干燥箱 DHG 上海精宏實(shí)驗(yàn)有限公司

圖 2-2 不同二價(jià)鐵離子濃度對(duì) UASB 反應(yīng)器中 COD 去除率的影響Figure 2-2 Effect of different concentrations of Fe2+on the COD removal efficiency in U未加入二價(jià)鐵離子的正常運(yùn)行反應(yīng)器中，反應(yīng)器的 COD 去除率在 7入二價(jià)鐵離子以后，COD 去除率逐漸增加。二價(jià)鐵離子濃度達(dá)到 5m率達(dá)到 89%左右。隨著二價(jià)鐵離子濃度的繼續(xù)加大，COD 去除率迅速達(dá)到 7mM 時(shí)，COD 去除率下降至 82%左右。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在一定濃離子能夠有效地促進(jìn) COD 的去除，但當(dāng)二價(jià)鐵離子濃度達(dá)到一定累加器中 COD 去除起到的作用則逐漸降低。因此，可鑒定出 UASB 厭氧反二價(jià)鐵離子投加濃度為 5mM。4.2 UASB 反應(yīng)器 COD 去除率及 pH 變化為了檢測(cè)外源二價(jià)鐵離子對(duì) UASB 厭氧反應(yīng)器運(yùn)行性能的影響，本了兩組反應(yīng)器。實(shí)驗(yàn)組 UASB 反應(yīng)器運(yùn)行 19 天后（UASB 反應(yīng)器趨于），進(jìn)水中加入 FeCL2使其終濃度為 5mM，對(duì)照組反應(yīng)器不加入任何外

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2 張廣偉;王小紅;武榮芳;;淺析養(yǎng)殖廢水中的UASB工藝[J];科技視界;2015年33期

3 楊雅茹;胡紅文;白林;;溫度對(duì)UASB工藝的影響研究[J];家畜生態(tài)學(xué)報(bào);2014年04期

4 羅光俊;康Z

本文編號(hào)：2751235