富藻水处理工艺优化及其机理研究
发布时间：2020-08-14 11:08
【摘要】：水体富营养化及其导致的蓝藻水华是目前及今后我国众多湖泊和水库面临的重大水环境问题。蓝藻水华大面积暴发时,及时收集与打捞蓝藻能够迅速去除水体中氮磷等营养元素,并有效缓解水体富营养化。然而打捞出的富藻水(蓝藻与水的混合体,含水率一般在99%左右)如果得不到及时有效地处理,将腐烂发臭,不仅严重影响周边环境,而且会释放藻毒素威胁饮用水安全。本文以实现富藻水减量化、资源化、无害化为目标,开展了富藻水的高效厌氧发酵技术、沼液处理与资源化技术研究。从富藻水生物质充分利用的角度出发,改进了传统的厌氧反应器,并通过试验考察了两种反应器用于富藻水发酵工艺特性及微生物群落特性,同时研究了以氮磷资源化利用为目的的富藻水沼液生态处理技术及农田回用技术,从而实现了富藻水资源化处理处置的优化。主要的研究成果如下：通过小试试验考察了腐熟时间、搅拌条件对蓝藻厌氧发酵产气性能的影响,进而优化厌氧发酵工艺参数。试验结果表明：蓝藻经过腐熟水解预处理后,可溶性有机质(蛋白质和多糖等)从固相转移到液相,有效提高了蓝藻的产气速率。在腐熟蓝藻厌氧发酵小试中,反应初期,蛋白酶、辅酶F420活性随腐熟时间的延长而升高；反应过程中腐熟7d蓝藻系统中TTC-脱氢酶最高。腐熟7d的蓝藻厌氧发酵产甲烷量最高,其产甲烷潜力为248.1mLCH4/gVS。蓝藻厌氧发酵过程中,搅拌强度对其产气影响最大,搅拌周期其次,搅拌持续时间影响最小。搅拌强度大、搅拌频繁将会破坏特定厌氧微生物生长的“微环境”,使系统中不同种属厌氧微生物的协同作用受到局部破坏,导致系统中污泥的蛋白酶、脱氢酶及辅酶F420活性下降,产气率降低；而搅拌强度过小、搅拌周期长,蓝藻容易上浮,与污泥中微生物的有效接触将减少,最终导致蓝藻降解速率降低。采用响应曲面法确定蓝藻厌氧发酵产气最佳搅拌条件为搅拌强度56r/min、搅拌周期6h、持续时间20min/次。对传统上流式厌氧污泥床反应器(UASB)和厌氧折流板反应器(ABR)加以改进,分别增加自动搅拌装置和弹性填料。采用“投加接种污泥、阶梯提高进水负荷”的方式可在35d左右实现改进型反应器处理富藻水的成功启动。改进型外循环UASB所增加的自动搅拌系统,有效控制了因蓝藻上浮引起结壳,产气效率降低的现象。同时搅拌系统具有强化传质的效果,从而缩短反应器启动时间。成功启动后,反应器内颗粒污泥中微生物形态多样,以球菌、丝状菌为主,同时颗粒污泥中蛋白酶及辅酶F420的活性较强。改进型ABR中弹性填料在处理富藻水中起到关键作用,其有利于生物膜的形成,加速反应器中颗粒污泥的驯化,促进反应器格室中微生物群落合理有序空间分布,从而使反应器具有明显的相分离特征。反应器内格室中污泥的蛋白酶活性沿程递减,而辅酶F420活性沿程递增。改进型外循环UASB和改进型ABR对富藻水具有较好的处理效能。利用荧光原位杂交技术(FISH)和变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对两种改进型厌氧反应器内微生物群落进行分析。检测结果表明,改进型外循环UASB在颗粒污泥中主要的优势产甲烷古菌在启动期和稳定运行期发生了变化,出现明显的生态位分离。稳定时期反应器中优势产甲烷古菌为：Methanolinea, Thermogymnomonas, Methanoregula, Methanobacterium, Methanosaeta, Methanoculleus。改进型ABR具有明显的相分离特征,前端格室中细菌数量较多,后续格室中古菌较多。随着反应时间的延长,改进型ABR各个格室中古菌种群的结构和数量都发生了变化。各个格室中微生物群落通过自身的调节适应能力发生协同进化,从而达到新的平衡状态。在稳定运行期,反应器中古菌主要属于产甲烷菌群,其中包括：Methanoregula, Methanobacteriaceae, Methanosaeta, Methanoculleu and Thermogymnomonas。三阶式接触氧化池与水生蔬菜人工湿地组合工艺用于处理富藻水沼液时,出水COD、NH4-N、TN、TP能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级排放标准。富藻水沼液经过三阶式接触氧化池处理后,减少了后续单元的处理压力。水生蔬菜人工湿地中水生蔬菜发达的根系具有强大的表面积,为拦截颗粒物和富集微生物提供了场所。三阶式接触氧化池能够有效去除富藻水沼液中烷烃、芳烃及杂环类等难降解有机物。三阶式接触氧化池与水生蔬菜人工湿地组合工艺对富藻水沼液中的藻毒素有显著的去除效果,组合工艺富集的大量微生物协同降解是去除藻毒素的主要原因。开展富藻水沼液农田回用技术研究。采用富藻水沼液配置低浓度肥水浇灌小白菜时,其产量与对照组相比增加24%。同时相对于化肥组,虽然维生素C含量有所降低,但是可以提高小白菜可溶性糖的含量、降低小白菜体内亚硝酸盐的累积。从食品安全考虑,沼液浇灌小白菜必须采用低浓度肥水浇灌,沼液与水的配比为1：2较适宜。与对照组相比,富藻水沼液肥水能够有效地改善试验田土壤理化性质,提高土壤有机质、土壤全氮及碱解氮含量。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X52;X703
【图文】：
氧发酵装置如图２－１所示，发酵瓶为５００ｍｌ的抽滤瓶，通过恒温振荡器使其在３５‘Ｃ、ｌＯＯｒ／ｍｉｎ条件下反应。别为４００ｍｌ、８０ｍｌ，试验所用蓝藻、接种污泥特性见表２．如下：进料完毕后，使蓝藻与污泥混合均匀，用氮气吹滤瓶。每组２个平行样品，一个平行样品用于每天测定取沼液用于其他指标（阳、ＯＲＰ、ＣＯＤ、ＶＦＡ、ＴＳ、ＶＳ酶Ｆ４２０）的分析。逡逑逦逡逑
巧２章蓝藻Ｒ氧发度产气＿下艺特性研究逡逑气拨拌参数优化试验逡逑攒拌参数优化实验装置如图２－２所示。图行蓝藻厌氧发酵实验，夹层通过水浴循环锅电机可空制揽拌周期、揣拌持续时间及c≡逭荆对寰匀桓欤罚洹＝又治勰啵粒樱路从ζ鞯目帕Ｎ勰唷ｌ涸逖嵫醴⒔筒尤耄玻叹被慕又治勰啵匝楣讨校常洌Ｃ看渭恿虾蟮瞪ǎ玻恚椋睿乐箍斩任常怠谩Ｍü狡辶髁考撇饬空悠悠兴咨樟俊ｅ义希媲慑邋五五位ぁ觯у澹澹В剩祝郧汕桑浊慑义
本文编号：2792948
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X52;X703
【图文】：
氧发酵装置如图２－１所示，发酵瓶为５００ｍｌ的抽滤瓶，通过恒温振荡器使其在３５‘Ｃ、ｌＯＯｒ／ｍｉｎ条件下反应。别为４００ｍｌ、８０ｍｌ，试验所用蓝藻、接种污泥特性见表２．如下：进料完毕后，使蓝藻与污泥混合均匀，用氮气吹滤瓶。每组２个平行样品，一个平行样品用于每天测定取沼液用于其他指标（阳、ＯＲＰ、ＣＯＤ、ＶＦＡ、ＴＳ、ＶＳ酶Ｆ４２０）的分析。逡逑逦逡逑
巧２章蓝藻Ｒ氧发度产气＿下艺特性研究逡逑气拨拌参数优化试验逡逑攒拌参数优化实验装置如图２－２所示。图行蓝藻厌氧发酵实验，夹层通过水浴循环锅电机可空制揽拌周期、揣拌持续时间及c≡逭荆对寰匀桓欤罚洹＝又治勰啵粒樱路从ζ鞯目帕Ｎ勰唷ｌ涸逖嵫醴⒔筒尤耄玻叹被慕又治勰啵匝楣讨校常洌Ｃ看渭恿虾蟮瞪ǎ玻恚椋睿乐箍斩任常怠谩Ｍü狡辶髁考撇饬空悠悠兴咨樟俊ｅ义希媲慑邋五五位ぁ觯у澹澹В剩祝郧汕桑浊慑义
本文编号：2792948
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