在世界原油短缺和我國日漸增長的石油需求的雙重背景下,以費托合成為代表的新興煤化工產(chǎn)業(yè)近年來得到了快速的發(fā)展。然而,費托合成工藝過程中所產(chǎn)生的費托合成廢水是遏制該產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步騰飛的主要制約因素。因此,費托合成廢水的高效降解是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)雙贏的唯一出路。考慮到厭氧工藝中產(chǎn)甲烷菌群對外界環(huán)境的高度敏感性無形中會增加費托合成廢水處理的不穩(wěn)定性且造成去除效率低下�；谝陨显�,本文研究了三種外源(零價鐵屑(SZVI)、粉末Fe3O4和微電流)對于厭氧降解費托合成廢水的強化作用。探究了SZVI強化厭氧工藝處理費托合成廢水的效能,發(fā)現(xiàn)SZVI自身的腐蝕作用不僅可以緩沖體系中因酸化引起的p H值下降,而且還能降低體系ORP值,使得體系的COD去除率和甲烷產(chǎn)量始終比未加SZVI試驗組高出11.2%和0.42 L/(L·d)。Fe2+離子作為SZVI的腐蝕產(chǎn)物,其可以通過架橋連接的方式將胞外聚合物(EPS)中的蛋白與多糖進(jìn)行結(jié)合,進(jìn)一步促進(jìn)了生物膜內(nèi)微生物的凝聚以及粘附作用。再者,Fe2+離子對產(chǎn)甲烷特征酶系的強化作用在于增加了輔酶F420的含量,強化了輔酶F420的電子載體作用并且加快了種間的電子傳遞速率。高通量16S r RNA測序表明Fe2+的存在促進(jìn)了一類氫營養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌的富集,使其總相對豐度高達(dá)30.31%,保證了酸化階段所產(chǎn)生的H2被持續(xù)消耗,強化了有機酸氧化菌和氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌之間的種間氫傳遞(Interspcies H2 transfer,IHT)機制�？疾炝朔勰〧e3O4強化厭氧降解費托合成廢水的效能。試驗結(jié)果表明,0.4g粉末Fe3O4的一次性添加能保證體系中的COD去除率高達(dá)84.3±2.0%,遠(yuǎn)高于0.2、0.6和0 g添加條件下的73.9%±3.7%、32.5±2.8%和62.6±1.9%。對污泥內(nèi)部鐵形態(tài)的分析發(fā)現(xiàn),最佳Fe3O4投加量致使了污泥內(nèi)部還原態(tài)Fe的比例達(dá)到了最高的39.4%并遠(yuǎn)高于其他試驗組,表明了還原態(tài)Fe的大量富集與高COD去除率和高甲烷產(chǎn)量存在緊密的關(guān)系。對最佳Fe3O4投加量的試驗組進(jìn)行高通量16S r RNA測序發(fā)現(xiàn),Geobacter菌屬和Methanosaeta菌屬的相對豐度高達(dá)14.04%和24.11%,證實了這種以Fe3O4為基礎(chǔ)的直接電子傳遞(Direct interspecies electron transfer,DIET)機制。更重要的是,以Fe3O4為基礎(chǔ)的DIET機制無形縮短了種間間距,提升了電子傳輸效率并且促進(jìn)了丙酸與丁酸的β-氧化作用以及保證了持續(xù)的產(chǎn)甲烷驅(qū)動力。分析了微電流強化DIET機制處理費托合成廢水的效能。對比了不同階段下運行效能發(fā)現(xiàn),1.5 V(電極間距:2 cm)外加電壓所誘導(dǎo)產(chǎn)生的微電流效應(yīng)能達(dá)到對體系運行效能的最佳強化。特別的是,微電流的效應(yīng)使得厭氧微環(huán)境更趨于還原,并為一類專性厭氧菌的富集提供了便利,使得BES-UASB中COD去除率和甲烷產(chǎn)量分別達(dá)到了86.7±1.7%和2.23±0.15 L/(L·d),遠(yuǎn)高于UASB中74.4±1.3%的COD去除率和1.78±0.08 L/(L·d)的甲烷產(chǎn)量。微電流效應(yīng)促進(jìn)了微生物EPS的分泌并且增加了一類緊密結(jié)合型EPS(TB-EPS)中蛋白的含量,使得絲狀菌可以將更多的游離顆粒和絮體通過纏繞和卷掃作用凝聚在一起并且形成更加穩(wěn)定的顆粒形態(tài)。經(jīng)高通量16S r RNA測序和懸浮污泥電導(dǎo)性的結(jié)果證實,微電流對DIET機制的強化作用在于縮減種間間距并且為DIET機制提供有利條件,使得Geobacter菌屬氧化有機物所產(chǎn)生的電子經(jīng)由電導(dǎo)性鞭毛(e-pili)迅速傳導(dǎo)至Methanosarcina菌屬并直接轉(zhuǎn)化為甲烷,保證了丙酸和丁酸轉(zhuǎn)化的持續(xù)進(jìn)行以及完整的產(chǎn)甲烷作用�；谛≡囋囼瀸θN外源的評估,探究了將粉末Fe3O4作為外源引入中試厭氧污泥床(UASB)以強化費托合成廢水處理。一次性投加2400 g粉末Fe3O4并且搭配200%的厭氧出水回流不僅有效減少了Fe3O4的流失,而且保證了COD去除率高達(dá)90.6±2.2%。同時,200%的厭氧出水回流可以有效中和進(jìn)水H+,使得進(jìn)水p H為4.94±0.07仍滿足UASB的進(jìn)水p H要求并減少了堿度投加。再者,結(jié)合不同階段有機酸含量和污泥電導(dǎo)性變化發(fā)現(xiàn),在200%厭氧出水回流和Fe3O4的共同作用下,UASB中形成了DIET為主并且IHT為輔的電子傳遞機制,在促進(jìn)了丙酸和丁酸持續(xù)向乙酸轉(zhuǎn)化的同時也保證了污染物去除的高效性。更重要的是,在厭氧段處于最佳的運行工況下,外源強化厭氧段-多級好氧段-深度處理段的組合工藝在中試規(guī)模下能保證出水始終低于50 mg/L并能滿足國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。這一結(jié)果表明了外源誘導(dǎo)產(chǎn)生的厭氧強化效應(yīng)對中試組合工藝的高效運行存在積極作用,保證了整個中試工藝的穩(wěn)定運行,并且進(jìn)一步證實了外源強化厭氧工藝具有穩(wěn)定高效的優(yōu)勢,存在重要的工程應(yīng)用價值。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

醛類等副產(chǎn)物[6]，其工藝示意圖如圖 1-1 所示。對于兩種制液化對煤種篩選較為寬松，工藝運行條件溫和，可以通過調(diào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，其在未來煤制油技術(shù)發(fā)展中占有主導(dǎo)地位[7]。表 1-1 各國煤直接液化制油工藝研究狀況Table1-1 Direct liquefaction of coal for oil production in each country工藝 規(guī)模（t/d）溫度℃壓力Mpa催化劑 主要產(chǎn)品（%C1-C4 C≥C5 瀝IGOR 200 470 29-30 赤泥 19.0 57.9 yrosol 6 - - - 21.3 47.3 RC-Ⅱ 50 460 14 黃鐵礦 16.0 43.7 EDS 200 425-45015-17 非催化 5.0 24.0 H-Coal 600 435-46514-20 Co-Mo 10.5 33.0 HTI 3 400-42018 膠體鐵 10.7 61.1 EDOL 150 435-46515-20 2~4%Fe 17.6 50.7 BCL 50 360-45015-20 FeOOH 13.6 51.8 神華 6000 455 19 FeOOH 13.2 57.2

系內(nèi)厭氧電子傳遞機制、厭氧微生物互營效應(yīng)導(dǎo)致了對費托合成廢水中一類特征污染物的降難以對具體實踐形成指導(dǎo)。另一方面，Majone 究僅僅局限于在人工配水，人工廢水的 COD 含是其人工廢水的組分與費托合成廢水存在巨大降解難以與費托合成廢水的高效降解進(jìn)行類比。的研究方向應(yīng)該堅持厭氧降解為主、好氧降解以一步闡明費托合成廢水厭氧降解體系中菌群的以完善費托合成廢水厭氧降解理論體系并指導(dǎo)工工藝的研究進(jìn)展工藝的原理自然界中最常見的厭氧生物過程之一，廣泛存在動物腸胃里，污水管網(wǎng)以及市政垃圾填埋廠中續(xù)的發(fā)展主要經(jīng)歷三次重要的演替。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文伴隨著厭氧消化學(xué)說的與時俱進(jìn)，并且基于早期的學(xué)說無法反映出厭氧消原理的本質(zhì)情況的前提下，然而后期在先前學(xué)說中提及的“奧氏產(chǎn)甲烷菌”由不同功能性菌群所構(gòu)成的啟發(fā)下，因此，后續(xù)經(jīng)凝練并提出的厭氧消化“三段學(xué)說”受到業(yè)內(nèi)專家的充分肯定。該學(xué)說原理在于將厭氧消化過程細(xì)分為個主要階段，分別是由發(fā)酵細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌所誘導(dǎo)產(chǎn)生的水發(fā)酵階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段，詳細(xì)的三階段學(xué)說的代謝過程如 1-3 所示[25]。

本文編號：2818708