基于筛板塔式生物膜反应器强化污染物生物降解

发布时间：2020-05-29 08:15

【摘要】：实现高效节能的工业污水处理是水处理领域长期的挑战,传统的工业废水处理存在能耗成本过高的缺点,这阻碍了可持续发展。因此,高效节能的处理工业废水的任务依然艰巨,针对每种工业污水中主要污染物的特征,设计科学的生物反应器处理各类污水并揭示污染物生物降解规律对实现高效节能的污水处理具有十分重要的价值。在此,我们发明了一种逆向流筛板塔式内循环生物反应器(Vertical Biofilm Bioreactor,VBBR),该反应器具有优越的处理污染物能力,无需提供额外的曝气装置。以VBBR为处理污水的工具,我们分别针对2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)、硝基苯(NB)和对硝基酚(PNP)进行研究,得到以下的结论:(1)在生物降解同时含2,4,6-TCP、硝酸盐或亚硝酸盐污水时,还原脱氯与反硝化均是需要电子的反应,这些反应在同一个反应器进行时,会因为竞争电子供体而产生相互抑制作用,这种相互抑制作用可通过添加电子供体得到一定程度的缓解。与2,4,6-TCP和硝酸盐同时还原相比,亚硝酸盐对2,4,6-TCP的抑制作用更弱。(2)通过控制操作条件,可以在VBBR中同时形成厌氧区和好氧区,从而加速NB的生物降解速率。因为在单一的厌氧条件下,NB转化为苯胺(AN)后就很难进一步降解,从而会抑制NB的降解。而如果在单一的好氧条件下,NB则会生成更难生物降解的硝基酚(PNP),从而导致NB的降解速率缓慢。当控制反应器内的溶解氧(DO)浓度(~0.5 mg/L)时,添加外源电子供体,可以加速NB的去除速率。增加外源电子供体,可以加速NB和AN的单加氧反应速率,增加AN的单加氧反应速率可以缓解AN在厌氧区对NB的抑制影响。(3)塑料基载体和铁基VBBR相比,铁基载体表面更容易形成强健的生物膜,且生物膜群落具有更高多样性和丰富度,在铁基载体VBBR中,在四种浓度乙酸钠的添加量下,都不能改变铁基载体VBBR降解PNP的速率大于塑料基载体VBBR的事实,且铁基载体VBBR维持PNP最大的降解速率所需乙酸钠仅需要2.5 mmol/L。饥饿处理实验表明铁基载体VBBR具有更强的抗饥饿能力,当解除饥饿胁迫后,铁基载体VBBR恢复降解PNP活性所需的时间远远小于塑料基载体VBBR。(4)铁基载体与塑料基相比,铁的化学性质活泼,自然环境中会发生化学腐蚀作用产生三价铁,三价铁既能作为细菌的能量物质,又能作为生物膜生长发育的信号。因此,铁基载体促进生物膜的生长发育,形成更厚实、功能结构健全的生物膜。此外,铁基载体生成三价铁作为生物膜内部微生物的电子受体,保证胞外电子在生物膜内可以双向传递,提高了胞外电子传递速率。
【图文】：

路线图,路线,载体,测序技术

第 1 章绪论上海师范大学博士学位论文载体 VBBR 和塑料基载体 VBBR 抵抗饥饿能力。根据两种材料载体 VBBR 降解PNP 速率的不同，解释造成这种现象背后的原因。采用高通量测序技术，从生物膜种群结构和生物多样性角度解释铁基载体 VBBR 加速 PNP 生物降解。根据已有文献的分析和 KEGG 数据，另外一种可能的机理是提高了胞外电子传递链效率，铁可以提高相关酶的活性，间接加速了电子传递速率。

生物降解,途径,电子,还原脱氯

上海师范大学博士学位论文第 2 章基于 VBBR 的同时还原脱氯与反硝化这是在厌氧条件下被证明最常见的还原脱氯反应[123,124]。第 4 和第 5 步反应是单加氧反应，需要有氧气分子（O2）和 2H 参与反应。因此，前五步 2,4,6-TCP 的转化需要胞内电子供体的参与，从 A 到 F 的反应过程中需要净 8 个电子当量的电子。最后一步矿化产生的粘康酸会产生 22H，，这些产生的 22H 可以为前面到 F 的反应提供所需要的电子。
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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