低温废水厌氧消化特性及其降解邻苯二甲酸二乙酯的研究

发布时间：2020-07-29 21:41

【摘要】：废水的厌氧消化是利用厌氧微生物的代谢特性,在不需要提供外源能量的条件下降解废水中的有机污染物,同时产生可燃性气体甲烷的一种清洁、高效的水处理方法。大部分厌氧微生物适宜在35℃左右的中温或55℃左右的高温条件下生长代谢,在实际工程应用中,常需要利用大型设备和复杂工艺来保证厌氧系统的运行温度,这需要消耗大量的能源和费用。探究低温条件下的厌氧消化过程特性并选取典型污染物研究其低温状态下的厌氧生物降解特性,对有机废水在低温条件下的高效处理有着重要意义。本论文通过降温驯化出适应低温的厌氧颗粒污泥,通过间歇实验确定其最适宜的碳酸氢盐碱度补给量,考察了典型污染物DEP(邻苯二甲酸二乙酯)在低温厌氧消化过程中的降解情况,通过高通量测序技术探究了微生物群落的变化特性。利用稳定运行的UASB(上流式厌氧污泥床)反应器进行厌氧消化的降温驯化过程,温度从35℃逐步降低到15℃左右,每个温度下驯化15天左右,整个过程中UASB反应器没有出现严重酸化现象,所得厌氧颗粒污泥性状良好。通过间歇实验探究不同碳酸氢盐碱度投加量的低温厌氧消化过程,NaHCO_3投加量为0.10mol/L时,体系有足够的碱度来维持厌氧微生物适宜生长的pH值,此时体系48h内COD(化学需氧量)去除率达到75.43%。VFA(挥发性脂肪酸)浓度峰值随着进水碱度的增加而升高,但同时随着进水碱度的增加,积累的VFA降解速度减慢。最终累积的甲烷产量受碳酸氢盐碱度的影响较小。适宜的碳酸氢盐碱度有利于促进低温厌氧消化过程中微生物的生长代谢,提高微生物群落的丰度,其中,厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)是主要的厌氧菌群。低温下广古菌门(Euryarchaeota)含量偏低,产甲烷菌的生长受到抑制,但碳酸氢盐碱度的添加在一定程度上缓解了产甲烷菌丰度的抑制作用。DEP是一种环境激素类化合物,它的广泛应用给人类健康和环境安全带来了很大的危害。在不同DEP初始浓度的废水低温厌氧消化过程中,当DEP浓度高于200mg/L时,COD去除率受DEP的抑制作用较大,400mg/L时,COD去除率不到50%。100mg/L时DEP的厌氧生物降解效果最佳。EPS(胞外聚合物)含量随着DEP浓度的增加而减少,当DEP高于100mg/L时,EPS含量明显降低,蛋白质与多糖比例下降不利于厌氧颗粒污泥的稳定性,但蛋白质和多糖的分子结构没有发生改变。辅酶F_(420)荧光峰的峰强度随着DEP浓度的升高而减弱,高浓度的DEP抑制了产甲烷菌的活性。在pH值影响实验中,酸性体系有机物的去除受到抑制,COD去除率只有45%左右,DEP去除率仅有40%。中性和微碱性环境中最终COD去除率在70%左右,DEP去除率在80%左右。总EPS含量随着pH值的增大而先增加后有所下降,酸性环境下几乎看不到辅酶F_(420)的光谱峰,其它峰强度也非常微弱,厌氧体系遭到破坏,产甲烷菌的活动受抑制。酸性和中性条件下,酰胺Ⅰ区蛋白质肽键的吸收峰明显,而偏碱性环境中出现了酰胺Ⅱ区蛋白质肽键的吸收峰,pH值的改变影响了EPS中的蛋白质结构。高通量测序结果表明低温DEP废水厌氧体系中的主要微生物菌群有变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bateroidetes)、浮霉菌门(Planctomycete)和绿弯菌门(Chloroflexi)。高浓度DEP体系中物种多样性指数较低,中低浓度时DEP浓度的升高对微生物丰度影响较小。γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)可能是有利于DEP降解的优势菌种。酸性体系多样性指数偏低,过酸的pH值抑制了部分微生物的生长,中性和偏碱性体系微生物丰富度及多样性迅速升高。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：

10图 1-2 邻苯二甲酸酯类厌氧降解途径Fig.1-2 Anaerobic degradation of phthalates经报道的邻苯二甲酸酯类厌氧微生物降解的大致过程如图 1-2 所酯在酯酶的水解作用下断裂一个酯键，生成邻苯二甲酸单酯以酯键继续断裂生成邻苯二甲酸和醇，然后邻苯二甲酸生物降解原儿茶酸）、4,5-二羟基邻苯二甲酸等产物，这些代谢产物的苯氧降解途径产生常见的挥发性脂肪酸，最终被产乙酸菌和产甲烷碳、水、甲烷和氢气。

图 1-4 实验思路图Fig.1-4 General outline of the research具体研究内容包括以下几个方面：（1）探究低温条件对厌氧消化过程特性的影响。在 35℃的条件下二次启动实验室上流式厌氧污泥床反应器，活化反应器内的颗粒污泥，然后降低温度，从 35℃每次降低5℃直到 15℃左右，考察温度的降低对厌氧消化过程的影响，包括反应体系中 pH 值的变化，有机物的去除效率，挥发性脂肪酸的变化规律、甲烷产量的积累情况以及颗粒污泥浓度变化等，以此来评价温度对污泥厌氧消化过程的影响，并培养驯化出适应低温条件的厌氧颗粒污泥。（2）探究碳酸氢盐碱度对低温厌氧消化过程的影响。在 15℃的低温条件下，采用葡萄糖合成废水进行间歇性批次实验，改变进水碳酸氢钠的投加量，探究其在低温条件下对厌氧消化特性的影响，通过对反应体系中 pH 值的变化，有机物的去除效率，挥发

华南理工大学硕士学位论文温加热装置，让整个反应系统在室温下运行，实验进行时室温在 15℃~20℃的范观察低温状态下的厌氧消化情况，让厌氧颗粒污泥能够适应较低的温度以用于后温厌氧实验。每天对进水及出水的 pH 值和 COD 值进行检测，监控挥发性脂肪酸及产气化情况，根据反应器运行情况及时调控进水流量及水力停留时间，使反应器能够好的厌氧消化效率。

【参考文献】

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本文编号：2774535