【摘要】：近年來,我國(guó)中藥制藥行業(yè)迅猛發(fā)展,中藥廢水也隨之日益增多。然而,中藥廢水的治理卻沒有同步跟上,很多中藥材加工企業(yè)廢水處理效率低,甚至超標(biāo)排放。中藥廢水中有機(jī)污染物濃度高,一般含有大量難降解物質(zhì)及有毒物質(zhì),水質(zhì)波動(dòng)大。厭氧生物處理技術(shù)可以將廢水治理與能源回收相結(jié)合,是高濃度有機(jī)廢水最理想的處理技術(shù)。雖然厭氧處理技術(shù)已成功應(yīng)用到易降解工業(yè)廢水的處理當(dāng)中,但是針對(duì)高濃度難降解或有毒的工業(yè)廢水,厭氧處理技術(shù)效能較低,而且還存在抗沖擊能力差及啟動(dòng)困難等缺點(diǎn)。故開發(fā)針對(duì)高濃度中藥廢水的高效厭氧處理技術(shù)是非常必要的。本文考察了中藥廢水的水質(zhì)特點(diǎn)及毒性情況,探討了中藥廢水的處理策略,針對(duì)中藥廢水的特點(diǎn)研發(fā)了高效的可控雙循環(huán)(Controllable double cycle,CDC)厭氧反應(yīng)器;研究了上升流速調(diào)控CDC厭氧反應(yīng)器處理中藥廢水的效能,通過考察CDC厭氧反應(yīng)器的水力特征及微生物群落分布,分析了CDC厭氧反應(yīng)器高效運(yùn)行的水力學(xué)及生物學(xué)機(jī)制;通過�；呓z氨酸內(nèi)酯(Acyl homoserine lactones,AHLs)信號(hào)分子介導(dǎo)的群體感應(yīng)(Quorum sensing,QS)來調(diào)控CDC厭氧反應(yīng)器的處理性能,建立了基于AHLs分泌菌的厭氧調(diào)控技術(shù),并探討了外加AHLs優(yōu)化脅迫條件下厭氧顆粒污泥性能的機(jī)制。本研究的中藥廢水的水質(zhì)波動(dòng)較大,懸浮固體濃度高,有機(jī)污染物濃度高,COD濃度達(dá)10000mg/L以上,且可生化性較差。中藥廢水的主要污染物為芳香族化合物及羧酸類物質(zhì)。中藥廢水中存在一定的藥物成分殘留及揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)。四種藥物成分的急性毒性大于四種VFAs的急性毒性,毒性大小排序:原兒茶醛(PA)丹酚酸B(SAB)迷迭香酸(RA)丹參素鈉(SAAS)丙酸戊酸丁酸乙酸。中藥藥物成分對(duì)中藥廢水整體毒性的貢獻(xiàn)程度大于VFAs,毒性貢獻(xiàn)大小排序:SABSAASRAPA丙酸乙酸戊酸丁酸。丹參類中藥廢水的急性毒性可以采用UV_(254)和VFAs兩個(gè)常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè),但是計(jì)算模型需要根據(jù)具體水質(zhì)進(jìn)行建立。經(jīng)分析得出,在單相厭氧反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)酸相與產(chǎn)甲烷相分離將是解決難降解中藥廢水處理的有效途徑。CDC厭氧反應(yīng)器在接種絮狀污泥的條件下經(jīng)過115d完成了啟動(dòng)。啟動(dòng)成功后,CDC厭氧反應(yīng)器第一反應(yīng)區(qū)污泥濃度遠(yuǎn)大于第二反應(yīng)區(qū)污泥濃度,且第一反應(yīng)區(qū)污泥呈顆粒形態(tài),而第二反應(yīng)區(qū)為顆粒污泥與絮狀污泥共存狀態(tài)。增大CDC厭氧反應(yīng)器內(nèi)、外循環(huán)強(qiáng)度,可以提高上升流速,進(jìn)而增強(qiáng)顆粒污泥與廢水的傳質(zhì)效果,減少死區(qū)比例,最終提高CDC厭氧反應(yīng)器的處理效能。CDC厭氧反應(yīng)器在第一反應(yīng)區(qū)上升流速(V_(up1))為3.03m/h及第二反應(yīng)區(qū)上升流速(V_(up2))為0.79m/h的條件下處理中藥廢水效果最佳,COD的去除率為94.2%,甲烷產(chǎn)率為0.33m~3CH_4/kgCOD,出水VFAs濃度為65mg/L。縱向兩個(gè)反應(yīng)區(qū)的設(shè)計(jì)及可調(diào)控的內(nèi)、外循環(huán)系統(tǒng),可使CDC厭氧反應(yīng)器的兩個(gè)反應(yīng)區(qū)內(nèi)細(xì)菌和古菌群落組成產(chǎn)生一定差異,第一反應(yīng)區(qū)大量VFAs累積,傾向于產(chǎn)酸相,第二反應(yīng)區(qū)的產(chǎn)甲烷活性更高,傾向于產(chǎn)甲烷相。產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相可以在CDC厭氧反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)一定的分離,強(qiáng)化了產(chǎn)酸菌及產(chǎn)甲烷菌的代謝性能。強(qiáng)化“相分離”提高了CDC厭氧反應(yīng)器整體的毒性耐受能力,保障了反應(yīng)器整體的去除效果。CDC厭氧反應(yīng)器中存在5種AHLs信號(hào)分子:C4-HSL、C6-HSL、C8-HSL、3OC6-HSL和3OC8-HSL。在三種脅迫條件下(沖擊負(fù)荷、貧營(yíng)養(yǎng)及性能恢復(fù)),外加4種主導(dǎo)AHLs信號(hào)分子(C4-HSL、C6-HSL、C8-HSL和3OC8-HSL)可以促進(jìn)有機(jī)物的去除及提高產(chǎn)甲烷活性,同時(shí)可以增加厭氧顆粒污泥胞外多糖和蛋白質(zhì)濃度,并且可以優(yōu)化細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌的群落結(jié)構(gòu)。外源投加1/10體積的AHLs分泌菌液(銅綠假單胞菌和熒光假單胞菌)可以提高CDC厭氧反應(yīng)器抗沖擊負(fù)荷的能力,并且可以縮短反應(yīng)器的二次啟動(dòng)時(shí)間,同時(shí)可以強(qiáng)化沖擊負(fù)荷及二次啟動(dòng)時(shí)期的脫毒效果。分析得出外加AHLs優(yōu)化厭氧顆粒污泥性能的機(jī)制模型:在脅迫條件下,外源AHLs是通過修復(fù)微生物的避護(hù)所(胞外聚合物)來優(yōu)化微生物的群落結(jié)構(gòu),進(jìn)而提高厭氧顆粒污泥代謝性能。通過上升流速及信號(hào)分子調(diào)控CDC厭氧反應(yīng)器處理高濃度中藥廢水,提高了反應(yīng)器的處理效能,強(qiáng)化了反應(yīng)器的抗沖擊負(fù)荷能力,縮短了反應(yīng)器的二次啟動(dòng)時(shí)間。本文僅對(duì)一種典型的中藥廢水進(jìn)行研究,研究成果無法適用于所用的中藥廢水,但本文的研究成果為中藥廢水的厭氧處理提供了技術(shù)參考,同時(shí)也為其他高濃度難降解有機(jī)廢水的厭氧處理提供了研究思路。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X787
【圖文】：

技術(shù)是必然的發(fā)展趨勢(shì)。1.1 中藥廢水研究現(xiàn)狀中藥是中華民族的瑰寶，已經(jīng)有 2000 多年的歷史。中藥因其不同于西藥的獨(dú)特功效而廣受人們的喜愛。近年來，隨著國(guó)家“振興中藥事業(yè)”戰(zhàn)略的逐步實(shí)施，涌現(xiàn)出大量的中藥生產(chǎn)企業(yè)，中藥廢水也隨之日益增多，然而，中藥廢水的處理卻沒有跟上中藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，很多中藥企業(yè)廢水處理效率低，甚至超標(biāo)排放[1]。這不僅嚴(yán)重影響周圍的生態(tài)環(huán)境，也與國(guó)家提倡的綠色經(jīng)濟(jì)理念背道而馳。1.1.1 中藥廢水特點(diǎn)中藥加工企業(yè)以中草藥為原材料，通過復(fù)雜的工序制成片劑、針劑、膠囊、丸劑、口服液等中藥制品。典型的中藥加工工藝流程包括：前處理、提取、濃縮和制劑等，如圖 1-1 所示[2]。

R1為酰基側(cè)鏈第 3 碳位取代基，可以R2為不同長(zhǎng)度的烷烴基）cture of AHLs (R1is a substituent at thebe hydrogen atom, hydroxyl or carbonyldifferent lengths)感應(yīng)作用機(jī)制如圖 1-3 所示[48]。AHLs 信號(hào)分子；②用于合成 AH度的調(diào)節(jié)蛋白 LuxR。當(dāng)細(xì)菌濃度低，無法啟動(dòng)目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄；當(dāng)濃度也隨之升高，當(dāng)達(dá)到閾值濃啟動(dòng)目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄[49]。

的分子結(jié)構(gòu)（R1為�；鶄�(cè)鏈第 3 碳位取代基，可以是氫原子、R2為不同長(zhǎng)度的烷烴基）olecular structure of AHLs (R1is a substituent at the third carbon, which can be hydrogen atom, hydroxyl or carbonyl; R2is a carbdifferent lengths)介導(dǎo)的群體感應(yīng)作用機(jī)制如圖 1-3 所示[48]。AHLs 介導(dǎo)能組件：①AHLs 信號(hào)分子；②用于合成 AHLs 的合成 AHLs 濃度的調(diào)節(jié)蛋白 LuxR。當(dāng)細(xì)菌濃度較低時(shí)，由Ls 濃度較低，無法啟動(dòng)目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄；當(dāng)細(xì)菌濃度的 AHLs 濃度也隨之升高，當(dāng)達(dá)到閾值濃度后，AH 蛋白結(jié)合并啟動(dòng)目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄[49]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2762907