本文關(guān)鍵詞：天然橡膠加工廢水生物強化處理研究及工程應(yīng)用

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【摘要】：天然橡膠加工廢水因其污染危害大、排放量大而成為云南環(huán)境污染整治的重要目標。由于天然橡膠加工生產(chǎn)過程中原料的品種和供應(yīng)量的不斷變化,其廢水水質(zhì)、水量經(jīng)常變動,極不穩(wěn)定,其中含有高濃度有機物、氨氮含量和難降解或?qū)ξ⑸镉幸种谱饔玫奈廴疚?使得對廢水中有機物和氨氮的去除遠遠達不到標準。此外,隨天然橡膠生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大中,很多原有的廢水處理設(shè)施己不能滿足日益增長的廢水量,尋求有效提高廢水處理效果且經(jīng)濟的技術(shù)和工藝是目前關(guān)注的重點。針對天然橡膠加工廢水處理難度大、微生物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的問題,對傳統(tǒng)AO工藝加以改造構(gòu)建了A/O1/O2系統(tǒng)并進行了生物強化處理,與未進行生物強化的系統(tǒng)相比,采用直接投菌法的生物強化系統(tǒng)的處理效果有所提升,COD、NH3-N的去除率分別提高了20.05%和29.78%,且縮短了系統(tǒng)啟動時間和增強了系統(tǒng)抗沖擊負荷能力。為了系統(tǒng)中微生物能穩(wěn)定生長、提高體系內(nèi)微生物濃度,本研究設(shè)計了向各反應(yīng)池內(nèi)設(shè)置組合式填料的生物強化A/O1/O2生物膜系統(tǒng),與未進行菌劑固定化的系統(tǒng)相比,生物強化A/O1/O2生物膜系統(tǒng)的COD、NH3-N的去除率分別提升了6.87%和7.21%。生物強化的固定化生物膜系統(tǒng)中微生物的活性和污染物去除效果都維持在較高的水平。通過掃描電鏡觀察了生物膜在載體上的附著形態(tài)并分析了生物膜形成的過程,采用光學顯微鏡及肉眼觀察表征出不同反應(yīng)室內(nèi)生物膜的形態(tài)特征及鏡檢微生物,表明在生物強化A/O1/O2生物膜上形成了較為完整的微生物食物鏈體系。為進一步獲得生物強化技術(shù)處理天然橡膠加工廢水的工藝設(shè)計和運行參數(shù),本文在小試實驗中對影響處理效能的運行參數(shù)進行了初步分析。以廢水中的有機物和氨氮作為生物強化系統(tǒng)的評價指標,對影響COD和NH3-N去除效能的生物強化菌劑投加比例、水力停留時間、好氧池的溶解氧濃度、一二級好氧池的曝氣配比和溫度進行了初步優(yōu)化。綜合實驗數(shù)據(jù)確定,生物強化菌劑投加比例控制在1：700,水力停留時間控制在7d,一級好氧池的溶解氧濃度控制在3mg1/L左右同時一二級曝氣配比為2：1,溫度控制在25～30℃,在COD和NH3-N進水濃度分別達到2983mg1/L和307mgl/L時,COD和NH3-N最佳去除效率可達到96.80%和97.42%以上。為了進一步優(yōu)化生物強化技術(shù)處理天然橡膠加工廢水的工藝運行參數(shù),在單因素初步優(yōu)化的基礎(chǔ)上,基于響應(yīng)曲面法Box-Behnken中心組合原理設(shè)計了四因素三水平的實驗,以COD去除率、NH3-N去除率為響應(yīng)值,采用響應(yīng)曲面法工藝運行參數(shù)進行了雙目標優(yōu)化；同時分析了微生物強化菌劑投加比例、系統(tǒng)水力停留時間、好氧池溶解氧濃度和兩段好氧池的曝氣配比間的相互關(guān)系和對兩個響應(yīng)值的影響度。通過模擬得到了COD去除率、NH3-N去除率的二次多元回歸擬合模型,通過方差分析和響應(yīng)曲面分析得到對天然橡膠廢水中有機污染物和氨氮去除率影響較顯著的因素分別是微生物菌劑投加比例和水力停留時間。模型預測得到了最優(yōu)反應(yīng)條件為投加菌劑比例為1：900,水力停留時間為177 h,一段好氧池溶解氧濃度為2.8 mg/L,一二段好氧池曝氣配比為2：1,在此運行條件下COD去除率最大為97.69%,NH3-N去除率最大為99.10%。經(jīng)進一步優(yōu)化生物強化技術(shù)處理天然橡膠加工廢水的工藝運行參數(shù),COD和NH3-N的出水濃度降低了50%左右。結(jié)合生物強化A/O1/O2工藝的前期實驗室研究成果,將該工藝運用到景洪市某橡膠廠的廢水處理中,對該技術(shù)的實際處理效果和應(yīng)用前景進行了評估。針對天然橡膠加工廢水進行了廢水處理站的設(shè)計。其實際的運行結(jié)果表明,A/O1/O2生物膜反應(yīng)池在進水水質(zhì)極不穩(wěn)定的情況下,COD.BOD5的平均去除率可分別達到98.13%、98.87%,出水濃度保持在33 mg/L～55 mg/L和11 mg/L～24 mg/L范圍內(nèi)；NH3-N總?cè)コ蔬_到98.93%,出水濃度范圍為0.21 mg/～7.8 mg/L；工程驗收監(jiān)測結(jié)果顯示,橡膠廢水出水五項指標均滿足相關(guān)標準要求。通過分析該技術(shù)的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益顯示,生物強化技術(shù)不存在二次污染、降低了成本,具有良好的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和廣闊的推廣前景。借助非培養(yǎng)技術(shù)PCR-DGGE技術(shù)和培養(yǎng)技術(shù)相結(jié)合的方式,重點解析了生物膜上微生物種群的空間結(jié)構(gòu),對強化系統(tǒng)中優(yōu)勢菌種進行了鑒定和功能分析。從系統(tǒng)中分離鑒定了五株優(yōu)勢功能菌,通過功能分析表明,生物強化菌劑的投加使得系統(tǒng)內(nèi)好氧菌、兼性菌和厭氧菌的種類和數(shù)量增加,同時不同微生物之間表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng),增強了系統(tǒng)對有機物和氨氮的去除能力,達到了生物強化的目的�；谕较趸聪趸h(huán)境理論及氨氮降解過程中硝態(tài)氮濃度在系統(tǒng)中的變化,初步探討了橡膠廢水處理過程中的氨氮降解機理。
【關(guān)鍵詞】：云南 天然橡膠加工廢水 生物強化 生物膜 A/O_1/O_2工藝
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X783.3
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 1 緒論13-35
• 1.1 研究背景、目的和意義13-17
• 1.1.1 研究背景13-16
• 1.1.2 研究目的和意義16-17
• 1.2 天然橡膠廢水處理國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-23
• 1.2.1 天然橡膠廢水的產(chǎn)生、水質(zhì)特點及危害17-19
• 1.2.2 國內(nèi)天然橡膠廢水處理及綜合治理現(xiàn)狀19-23
• 1.2.3 國外天然橡膠廢水處理及綜合治理現(xiàn)狀23
• 1.3 缺氧-好氧(A/O工藝)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀23-26
• 1.3.1 A/O工藝的特點和研究現(xiàn)狀23-25
• 1.3.2 A/O衍生工藝研究現(xiàn)狀25-26
• 1.4 生物強化技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀26-30
• 1.4.1 生物強化技術(shù)的產(chǎn)生26-27
• 1.4.2 生物強化技術(shù)的作用機制和強化效果27-28
• 1.4.3 生物強化技術(shù)在污廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀28-30
• 1.5 課題提出、研究內(nèi)容及技術(shù)路線30-35
• 1.5.1 課題提出30-31
• 1.5.2 研究內(nèi)容31-32
• 1.5.3 技術(shù)路線32-35
• 2 試驗裝置和方法35-47
• 2.1 試驗裝置35-38
• 2.1.1 工藝設(shè)計35-36
• 2.1.2 小試裝置36-38
• 2.2 試驗材料38-41
• 2.2.1 試驗儀器與設(shè)備38-39
• 2.2.2 試驗試劑39-40
• 2.2.3 試驗水質(zhì)40
• 2.2.4 微生物菌劑40-41
• 2.2.5 填料41
• 2.3 試驗方法41-47
• 2.3.1 常用的理化分析方法41
• 2.3.2 微生物個體及生物膜形態(tài)觀察方法41-42
• 2.3.3 分子生物學實驗方法42-47
• 3 天然橡膠加工廢水的生物強化和固定化研究47-67
• 3.1 引言47-48
• 3.2 生物強化小試A/O_1/O_2反應(yīng)器的啟動48-51
• 3.2.1 活性污泥馴化48-49
• 3.2.2 填料選擇與掛膜49-51
• 3.2.3 微生物菌劑的投加51
• 3.3 生物強化效能分析51-59
• 3.3.1 COD降解效能分析52-55
• 3.3.2 NH_3-N降解效能分析55-59
• 3.4 生物菌劑固定化運行效能分析59-65
• 3.4.1 COD去除效能分析60-61
• 3.4.2 NH_3-N去除效能分析61-63
• 3.4.3 生物膜表觀特征研究63-65
• 3.5 本章小結(jié)65-67
• 4 生物強化A/O_1/O_2生物膜反應(yīng)體系運行參數(shù)的優(yōu)化67-107
• 4.1 引言67-68
• 4.2 天然橡膠加工廢水有機物降解的影響因素68-79
• 4.2.1 微生物菌劑投加比例對有機物降解的影響68-71
• 4.2.2 水力停留時間對有機物降解效果的影響71-73
• 4.2.3 溶解氧對有機物降解效果的影響73-76
• 4.2.4 一級、二級好氧池的曝氣配比對有機物降解效果的影響76-77
• 4.2.5 溫度對有機物降解效果的影響77-79
• 4.3 天然橡膠加工廢水氨氮降解的影響因素79-90
• 4.3.1 微生物菌劑投加量對脫氮效果的影響80-83
• 4.3.2 水力停留時間對脫氮效果的影響83-85
• 4.3.3 溶解氧對脫氮效果的影響85-88
• 4.3.4 一級、二級好氧池的曝氣配比對脫氮效果的影響88-89
• 4.3.5 溫度對脫氮效果的影響89-90
• 4.4 基于響應(yīng)曲面法的生物膜反應(yīng)體系運行參數(shù)優(yōu)化90-104
• 4.4.1 模型的建立與方差分析91-97
• 4.4.2 響應(yīng)曲面的因素交互影響分析97-103
• 4.4.3 天然橡膠加工廢水工藝優(yōu)化和模型驗證103-104
• 4.5 本章小結(jié)104-107
• 5 生物強化技術(shù)處理天然橡膠加工廢水的工程應(yīng)用107-123
• 5.1 引言107
• 5.2 工程概況及工藝設(shè)計107-111
• 5.2.1 工程概況107-108
• 5.2.2 工藝設(shè)計及計算108-111
• 5.3 生產(chǎn)運行前期準備與調(diào)試111-112
• 5.3.1 MDEM菌劑的準備111
• 5.3.2 活性污泥的培養(yǎng)111
• 5.3.3 組合式填料的投加111-112
• 5.3.4 工程調(diào)試112
• 5.4 實際生產(chǎn)運行結(jié)果及分析112-120
• 5.4.1 厭氧段處理效果112-115
• 5.4.2 好氧段處理效果115-116
• 5.4.3 工藝運行結(jié)果總分析116-120
• 5.5 生物強化技術(shù)推廣應(yīng)用及效益分析120-121
• 5.5.1 應(yīng)用效果分析120-121
• 5.5.2 經(jīng)濟效益分析121
• 5.5.3 環(huán)境效益分析121
• 5.6 本章小結(jié)121-123
• 6 生物強化系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu)解析及橡膠廢水處理機制分析123-137
• 6.1 引言123
• 6.2 生物強化系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu)分析123-127
• 6.2.1 生物膜樣品總DNA的提取124-125
• 6.2.2 生物膜樣品的PCR擴增125
• 6.2.3 PCR-DGGE分析125-127
• 6.3 生物強化系統(tǒng)功能微生物的鑒定127-131
• 6.3.1 生物強化系統(tǒng)優(yōu)勢微生物的分離與鑒定127-129
• 6.3.2 生物強化系統(tǒng)優(yōu)勢微生物的功能鑒定129-131
• 6.4 生物脫氮優(yōu)勢微生物的作用機理分析131-136
• 6.4.1 厭氧氨氧化-反硝化耦合工藝132-133
• 6.4.2 同步硝化反硝化反應(yīng)133-136
• 6.5 本章小結(jié)136-137
• 7 結(jié)論與展望137-141
• 7.1 結(jié)論137-139
• 7.2 創(chuàng)新點139
• 7.3 展望139-141
• 致謝141-143
• 參考文獻143-155
• 附錄A 攻讀學位期間發(fā)表文章和專利155-156

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 謝麗;蔡碧婧;楊殿海;周琪;;亞硝酸積累條件下反硝化脫氮過程動力學模型[J];同濟大學學報(自然科學版);2009年02期

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本文編號：1090188