厌氧颗粒污泥膜生物反应器处理含苯并噻唑模拟废水研究

发布时间：2020-04-13 23:16

【摘要】：苯并噻唑(Benzothiazole,BTH)是包含苯环和噻唑环的极性化合物,是有机物合成的先导骨架和母体,具有极高的生物活性,广泛应用于医药、农药和工业领域。BTH生物降解率低,对微生物有潜在毒性和突变作用,会抑制微生物的活性,从而影响废水处理效率。利用厌氧膜生物反应器处理含BTH废水不但能够产生大量的能源型气体甲烷,更重要的是能够降低转移到其它水体环境中的抗性微生物和抗性基因。本研究采用改进型厌氧颗粒污泥膜生物反应器处理含BTH合成废水。反应器启动成功后,考察污泥驯化过程、水力停留时间(Hydraulic retention time,HRT)和温度变化对反应器运行效能、膜污染及微生物群落结构的影响,同时通过批次实验考察BTH去除方式和去除动力学。以提高污泥对有机物的去除能力为目的,在35°C、HRT为24 h,进水COD为3151±162 mg/L条件下,完成反应器的启动和污泥的驯化。经过58 d的运行,反应器启动成功,COD去除率为95.6±0.4%,挥发酸积累量为10.86±2.09 mg/L,气体产量为12.74±0.40 L/d,甲烷含量为69.3±0.9%,膜污染周期为5.9 d。采取逐步提高BTH浓度的方式驯化厌氧颗粒污泥。经过127 d驯化完成,COD去除率为93.6±0.6%,BTH去除率为97.6±0.5%,挥发酸积累量为57.83±13.81 mg/L,气体产量为10.74±0.40 L/d,甲烷浓度为70.9±0.7%,膜污染周期为5.3 d。批次实验结果表明,BTH的主要去除方式是生物去除,去除过程符合一级动力学模型(R2=0.9898)。污泥驯化过程使BTH生物去除率从27.8%提高到98.1%。启动和驯化阶段完成后,考察HRT(24 h,18 h和12 h)和温度变化(35°C,25°C和15°C)对反应器运行效能及膜污染的影响,并找到反应器运行的最佳参数。实验结果表明,HRT为24 h,温度为35°C时反应器运行效能最佳。HRT缩短对BTH去除率和膜污染周期的影响较为显著,对甲烷产率的影响较小。随着HRT的缩短,COD去除率从93.6±0.6%下降到90.9±0.9%,BTH去除率从97.6±0.5%下降到82.3±3.7%,挥发酸积累量从57.83±13.81 mg/L上升到171.05±10.89 mg/L,气体产量从10.74±0.40 L/d上升到21.49±1.26 L/d,甲烷含量在69.3±1.6~73.5±2.1%之间波动,甲烷产率稳定在0.309±0.014~0.327±0.028 m3CH4/kg CODremoval之间,膜污染周期从5.3 d下降到3.2 d。温度降低对反应器运行效能和膜污染产生不利影响。随着温度的降低,COD去除率从93.4±0.9%下降到86.0±1.5%,BTH去除率从97.6±0.5%下降到48.4±4.0%,挥发酸积累量从57.57±11.11 mg/L上升到283.23±27.96 mg/L,气体产量从11.24±0.83 L/d下降到7.64±0.76 L/d,甲烷含量从72.4±1.7%下降到48.2±4.1%,甲烷产率从0.302±0.026 m3CH4/kg CODremoval下降到0.184±0.024 m3CH4/kg CODremoval,膜污染周期从5.2 d下降到2.5 d。根据反应器运行的不同阶段,分组对比微生物群落结构。启动期和驯化期的群落结构有较大差异。启动期和驯化期的优势菌门都是Firmicutes(后壁菌门),相对丰度分别是67.3%和41.4%。优势菌属从启动期的Trichococcus(43.1%)转变成驯化期的Clostridium(23.9%)。古菌的优势菌属始终为Methanosaeta,相对丰度为90.3%和80.8%。不同HRT条件下,细菌的优势菌门都是Firmicutes(后壁菌门),相对丰度分别为41.4%(HRT 24 h)、27.8%(HRT 18 h)和28.5%(HRT 12 h)。优势菌属是Clostridium,相对丰度分别是23.9%(HRT 24 h),16.4%(HRT 18 h)和15.3%(HRT 12 h)。古菌优势菌属是Methanosaeta,相对丰度分别是80.6%(HRT 24 h),91.9%(HRT 18 h)和91.2%(HRT 12 h)。温度变化对微生物群落结构产生较大影响。35°C和15°C条件下,细菌优势菌门是Firmicutes(后壁菌门),相对丰度分别是33.4%和49.5%。25°C时的优势菌门是Chloroflexi(绿弯菌门),相对丰度为26.6%。35°、25°C和15°C的优势菌属分别是Clostridium,Levilinea及Lactococcus,相对丰度分别是10.8%、15.2%和17.9%。古菌优势菌属是Methanosaeta,相对丰度分别是94.2%(35°C),83.1%(25°C)和98.3%(15°C)。
【图文】：

苯并噻唑,衍生物

苯并噻唑及其衍生物Fig.1-1Benzothiazoleandbezothiazolederivative

厌氧消化过程

第 1 章绪论染不断加剧及能源危机的出现，研究人员意识到厌氧生物处理展开比较全面和深入的研究，并于 20 世的进展，，使厌氧生物处理技术成为具有广阔应用前术革新外，国家相关政策的发布极大地推广了厌氧应用。我国从 20 世纪 80 年代开始推广农村沼气计划地区。荷兰政府大力推广厌氧消化技术用于农业废弃业废弃物都是通过厌氧消化来处理完成的[45]。氧生物处理氧生物处理概述生物处理是指在厌氧条件下多种微生物共同作用，使二氧化碳的过程[46]。随着人们对厌氧生物处理技术处理分为“两阶段理论”、“三阶段理论”和“四阶”为例，厌氧消化过程如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

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