【摘要】：水體富營養(yǎng)化及其導(dǎo)致的藍藻水華是目前及今后我國眾多湖泊和水庫面臨的重大水環(huán)境問題。藍藻水華大面積暴發(fā)時,及時收集與打撈藍藻能夠迅速去除水體中氮磷等營養(yǎng)元素,并有效緩解水體富營養(yǎng)化。然而打撈出的富藻水(藍藻與水的混合體,含水率一般在99%左右)如果得不到及時有效地處理,將腐爛發(fā)臭,不僅嚴重影響周邊環(huán)境,而且會釋放藻毒素威脅飲用水安全。本文以實現(xiàn)富藻水減量化、資源化、無害化為目標(biāo),開展了富藻水的高效厭氧發(fā)酵技術(shù)、沼液處理與資源化技術(shù)研究。從富藻水生物質(zhì)充分利用的角度出發(fā),改進了傳統(tǒng)的厭氧反應(yīng)器,并通過試驗考察了兩種反應(yīng)器用于富藻水發(fā)酵工藝特性及微生物群落特性,同時研究了以氮磷資源化利用為目的的富藻水沼液生態(tài)處理技術(shù)及農(nóng)田回用技術(shù),從而實現(xiàn)了富藻水資源化處理處置的優(yōu)化。主要的研究成果如下：通過小試試驗考察了腐熟時間、攪拌條件對藍藻厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣性能的影響,進而優(yōu)化厭氧發(fā)酵工藝參數(shù)。試驗結(jié)果表明：藍藻經(jīng)過腐熟水解預(yù)處理后,可溶性有機質(zhì)(蛋白質(zhì)和多糖等)從固相轉(zhuǎn)移到液相,有效提高了藍藻的產(chǎn)氣速率。在腐熟藍藻厭氧發(fā)酵小試中,反應(yīng)初期,蛋白酶、輔酶F420活性隨腐熟時間的延長而升高；反應(yīng)過程中腐熟7d藍藻系統(tǒng)中TTC-脫氫酶最高。腐熟7d的藍藻厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷量最高,其產(chǎn)甲烷潛力為248.1mLCH4/gVS。藍藻厭氧發(fā)酵過程中,攪拌強度對其產(chǎn)氣影響最大,攪拌周期其次,攪拌持續(xù)時間影響最小。攪拌強度大、攪拌頻繁將會破壞特定厭氧微生物生長的“微環(huán)境”,使系統(tǒng)中不同種屬厭氧微生物的協(xié)同作用受到局部破壞,導(dǎo)致系統(tǒng)中污泥的蛋白酶、脫氫酶及輔酶F420活性下降,產(chǎn)氣率降低；而攪拌強度過小、攪拌周期長,藍藻容易上浮,與污泥中微生物的有效接觸將減少,最終導(dǎo)致藍藻降解速率降低。采用響應(yīng)曲面法確定藍藻厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣最佳攪拌條件為攪拌強度56r/min、攪拌周期6h、持續(xù)時間20min/次。對傳統(tǒng)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)和厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)加以改進,分別增加自動攪拌裝置和彈性填料。采用“投加接種污泥、階梯提高進水負荷”的方式可在35d左右實現(xiàn)改進型反應(yīng)器處理富藻水的成功啟動。改進型外循環(huán)UASB所增加的自動攪拌系統(tǒng),有效控制了因藍藻上浮引起結(jié)殼,產(chǎn)氣效率降低的現(xiàn)象。同時攪拌系統(tǒng)具有強化傳質(zhì)的效果,從而縮短反應(yīng)器啟動時間。成功啟動后,反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥中微生物形態(tài)多樣,以球菌、絲狀菌為主,同時顆粒污泥中蛋白酶及輔酶F420的活性較強。改進型ABR中彈性填料在處理富藻水中起到關(guān)鍵作用,其有利于生物膜的形成,加速反應(yīng)器中顆粒污泥的馴化,促進反應(yīng)器格室中微生物群落合理有序空間分布,從而使反應(yīng)器具有明顯的相分離特征。反應(yīng)器內(nèi)格室中污泥的蛋白酶活性沿程遞減,而輔酶F420活性沿程遞增。改進型外循環(huán)UASB和改進型ABR對富藻水具有較好的處理效能。利用熒光原位雜交技術(shù)(FISH)和變性梯度凝膠電泳(DGGE)技術(shù)對兩種改進型厭氧反應(yīng)器內(nèi)微生物群落進行分析。檢測結(jié)果表明,改進型外循環(huán)UASB在顆粒污泥中主要的優(yōu)勢產(chǎn)甲烷古菌在啟動期和穩(wěn)定運行期發(fā)生了變化,出現(xiàn)明顯的生態(tài)位分離。穩(wěn)定時期反應(yīng)器中優(yōu)勢產(chǎn)甲烷古菌為：Methanolinea, Thermogymnomonas, Methanoregula, Methanobacterium, Methanosaeta, Methanoculleus。改進型ABR具有明顯的相分離特征,前端格室中細菌數(shù)量較多,后續(xù)格室中古菌較多。隨著反應(yīng)時間的延長,改進型ABR各個格室中古菌種群的結(jié)構(gòu)和數(shù)量都發(fā)生了變化。各個格室中微生物群落通過自身的調(diào)節(jié)適應(yīng)能力發(fā)生協(xié)同進化,從而達到新的平衡狀態(tài)。在穩(wěn)定運行期,反應(yīng)器中古菌主要屬于產(chǎn)甲烷菌群,其中包括：Methanoregula, Methanobacteriaceae, Methanosaeta, Methanoculleu and Thermogymnomonas。三階式接觸氧化池與水生蔬菜人工濕地組合工藝用于處理富藻水沼液時,出水COD、NH4-N、TN、TP能夠達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級排放標(biāo)準(zhǔn)。富藻水沼液經(jīng)過三階式接觸氧化池處理后,減少了后續(xù)單元的處理壓力。水生蔬菜人工濕地中水生蔬菜發(fā)達的根系具有強大的表面積,為攔截顆粒物和富集微生物提供了場所。三階式接觸氧化池能夠有效去除富藻水沼液中烷烴、芳烴及雜環(huán)類等難降解有機物。三階式接觸氧化池與水生蔬菜人工濕地組合工藝對富藻水沼液中的藻毒素有顯著的去除效果,組合工藝富集的大量微生物協(xié)同降解是去除藻毒素的主要原因。開展富藻水沼液農(nóng)田回用技術(shù)研究。采用富藻水沼液配置低濃度肥水澆灌小白菜時,其產(chǎn)量與對照組相比增加24%。同時相對于化肥組,雖然維生素C含量有所降低,但是可以提高小白菜可溶性糖的含量、降低小白菜體內(nèi)亞硝酸鹽的累積。從食品安全考慮,沼液澆灌小白菜必須采用低濃度肥水澆灌,沼液與水的配比為1：2較適宜。與對照組相比,富藻水沼液肥水能夠有效地改善試驗田土壤理化性質(zhì),提高土壤有機質(zhì)、土壤全氮及堿解氮含量。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X52;X703
【圖文】：

氧發(fā)酵裝置如圖２－１所示，發(fā)酵瓶為５００ｍｌ的抽濾瓶，通過恒溫振蕩器使其在３５‘Ｃ、ｌＯＯｒ／ｍｉｎ條件下反應(yīng)。別為４００ｍｌ、８０ｍｌ，試驗所用藍藻、接種污泥特性見表２．如下：進料完畢后，使藍藻與污泥混合均勻，用氮氣吹濾瓶。每組２個平行樣品，一個平行樣品用于每天測定取沼液用于其他指標(biāo)（陽、ＯＲＰ、ＣＯＤ、ＶＦＡ、ＴＳ、ＶＳ酶Ｆ４２０）的分析。逡逑邐逡逑

巧２章藍藻Ｒ氧發(fā)度產(chǎn)氣＿下藝特性研究逡逑氣撥拌參數(shù)優(yōu)化試驗逡逑攢拌參數(shù)優(yōu)化實驗裝置如圖２－２所示。圖行藍藻厭氧發(fā)酵實驗，夾層通過水浴循環(huán)鍋電機可空制攬拌周期、揣拌持續(xù)時間及c≡逭荊對寰勻桓歟罰�。接种污泥Ａ崖窂摩祈d目帕Ｎ勰�。旌藻厌氧发酵产加入２@被慕又治勰啵匝楣討校常洌�。每次加廖r蟮瞪ǎ玻恚椋睿樂箍斬任常怠謾Ｍü狡辶髁考撇飭空悠悠興咨樟�。辶x希媲懾邋五五位ぁ觶у澹澹В剩祝鄖汕桑濁懾義

本文編號：2792948