【摘要】： 隨著飲用水水源污染日益嚴重,以生物活性炭為核心的飲用水深度處理技術(shù)受到人們廣泛關(guān)注。采用人工培養(yǎng)優(yōu)勢菌群強化生物降解作用的固定化生物活性炭(IBAC)技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢,活性炭吸附作用和優(yōu)勢菌群生物降解作用大大提高了除污染效率。但由于是一個開放式的系統(tǒng),IBAC在實際應(yīng)用過程中易受到水質(zhì)、水量沖擊以及環(huán)境因素等影響,產(chǎn)生優(yōu)勢菌群生物穩(wěn)定性受到破壞的問題,從而限制了其在供水行業(yè)推廣應(yīng)用。 本研究針對北方某市原水水質(zhì)狀況,從影響IBAC工藝中優(yōu)勢菌群穩(wěn)定性的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手,重點研究了優(yōu)勢菌群優(yōu)化固定工藝條件、在活性炭表面的生長特性、活性炭性質(zhì)和工藝條件對優(yōu)勢菌群穩(wěn)定性的影響作用與優(yōu)化控制、優(yōu)勢菌群的安全性控制等內(nèi)容,為IBAC技術(shù)的實際工程應(yīng)用提供技術(shù)支持。 采用不同濃度梯度營養(yǎng)基質(zhì)對優(yōu)勢菌群的生物活性進行了反復(fù)強化,提出了以生物活性達到300μg/mL作為優(yōu)勢菌群生物活性強化的指示終點。通過采用超聲波預(yù)處理方法評價優(yōu)勢菌群在活性炭表面固定化性能,研究了優(yōu)勢菌群的優(yōu)化固定條件,結(jié)果表明優(yōu)勢菌群最優(yōu)固定化條件為:停留時間30min,循環(huán)4h、間歇2h的間歇式固定化方式,循環(huán)3次。 將優(yōu)勢菌群固定于活性炭表面,通過采用PCR-DGGE和掃描電鏡等技術(shù),對優(yōu)勢菌群生長特性進行了深入研究,結(jié)果表明在啟動初期優(yōu)勢菌群生物量與生物活性需經(jīng)過約一周快速降低的過程,而后逐漸保持穩(wěn)定,菌群生物活性保持在200μg/mL以上,生物量保持在10~6CFU/(g炭)量級,初期優(yōu)勢菌群在活性炭表面是以單個菌體的方式,附著在活性炭表面孔隙較多的粗糙部分;經(jīng)過長期運行后,IBAC表面微生物的種類從初期8種,一年后增加到16種,且菌量均有不同程度的增加,但人工固定的優(yōu)勢菌仍然占據(jù)主導(dǎo)地位,優(yōu)勢菌群在活性炭表面形成大量生物膜,以團狀絮狀形式存在,且大部分呈單層分布。由于土著雜菌的低量持續(xù)侵入系統(tǒng),出現(xiàn)土著菌群和優(yōu)勢菌群對營養(yǎng)基質(zhì)的爭奪競爭、分攤競爭以及劣勢菌群的細胞自融過程,從而使優(yōu)勢菌群活性受到了一定的抑制,上層活性炭床耗氧速率從初始11×10~(-3) mgO_2 /(cm~3·h),18個月后下降到8×10~(-3)mgO_2 /(cm~3·h),下層活性炭床耗氧速率也從初始7.5×10~(-3)mgO_2/(cm~3·h),18個月后下降到6×10~(-3)mgO_2/(cm~3·h)。 將優(yōu)勢菌群在五種不同種的活性炭表面固定,采用動態(tài)試驗對其凈水效能、微生物生長狀況進行系統(tǒng)的研究,并應(yīng)用統(tǒng)計分析方法解析了活性炭性質(zhì)對優(yōu)勢菌群生物穩(wěn)定性影響。結(jié)果表明,對優(yōu)勢菌群生物穩(wěn)定性影響較大的活性炭性能指標主要為糖蜜值、碘值、丁烷值、pH值、平均粒徑、有效粒徑、均勻系數(shù)、摩擦系數(shù)和強度,其中糖蜜值為首要控制指標,在選擇活性炭時需控制在150mg/g以上。 針對臭氧投加量、炭池停留時間與反沖洗等主要工藝條件,利用中試系統(tǒng),研究了其對優(yōu)勢菌群生物穩(wěn)定性的影響作用與優(yōu)化控制條件。試驗結(jié)果表明,IBAC系統(tǒng)的優(yōu)化工藝條件為:臭氧投加量2.34mg/L左右,炭池停留時間20min,氣-水反沖,氣沖強度采用10L/m~2·s,夏季氣沖時間5min,冬季氣沖時間采用3min,水沖強度采用12~15L/m~2·s,時間為8~10min。對優(yōu)勢菌群強化活性炭除污染性能進行了長期監(jiān)測,結(jié)果表明與普通生物活性炭相比,IBAC去除UV_(254)、COD_(Mn)和TOC分別提高了15%以上,對THMFP的去除率平均提高11.23%,水中的有毒有害物質(zhì)的種類和含量顯著降低。 針對優(yōu)勢菌群在應(yīng)用過程中的生物安全性,從菌體自身的毒理學(xué)試驗、石英砂墊層控制各種生物泄露、工藝出水的毒理學(xué)試驗等多個角度進行了試驗研究,結(jié)果表明優(yōu)勢菌群具有較高的生物安全性。應(yīng)用活性炭碘值和靜態(tài)試驗方法,對優(yōu)勢菌群的生物再生作用進行評價,結(jié)果表明優(yōu)勢菌群可以有效的延長活性炭使用壽命,在達到活性炭吸附飽和之前IBAC至少可延長1年以上使用時間,而IBAC中的活性炭達到真性失效時,則要在3年以上。因此本研究建立的IBAC工藝具有處理效率穩(wěn)定、操作管理簡單、運行成本低的特點,它的推廣必將帶來顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。
【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】：2008
【分類號】：X703
【圖文】：

Calgon 破碎炭；B—寧夏華輝柱狀炭；C—寧夏太西柱狀D—山西新華柱狀炭；E—河北遵化柱狀炭圖 2-2 活性炭動態(tài)試驗裝置圖Fig.2-2 Experiment setups of IBAC test項目及其方法

圖 3-1 優(yōu)勢菌群生物活性強化的試驗裝置xperiment setting for enhancing biological activity of dominance bac是優(yōu)勢菌群在強化過程中生物活性的變化情況。從圖中階段優(yōu)勢菌群的生物活性較低，TTC 平均值僅為 29.2μg1.加氧泵 2.進樣口 3.曝氣頭 4.出水口

PCR-DGGE測定結(jié)果

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 金政華;趙萌;;活性炭技術(shù)在飲用水深度處理中的應(yīng)用研究進展[J];化學(xué)與生物工程;2011年10期

2 侯艷春;方萍;張亞雷;;IBAC技術(shù)及其在水處理中的應(yīng)用[J];中國資源綜合利用;2010年12期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 張多英;生物增強活性炭優(yōu)勢菌群穩(wěn)定及競爭特征研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 郜玉楠;土著菌群對生物增強活性炭系統(tǒng)的穩(wěn)定運行研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 陳曉惠;地表水常規(guī)凈化流程單元工藝處理效能實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 周艷;電化學(xué)活性菌/醌改性PUF協(xié)同降解硝基苯研究[D];大連理工大學(xué);2012年

3 宮林林;改性生物活性炭過濾工藝除氮效能及機理研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

本文編號：2754587