多级接触氧化技术处理高盐有机废水及微生物学特性研究

发布时间：2020-08-17 14:20

【摘要】：糖精钠是一种甜味剂,广泛应用于电镀、食品、医药和日化等行业。在糖精钠的生产过程中会排放大量的含糖精钠的废水。糖精钠生产废水不仅含有大量的有机物,还含有高浓度的无机盐,是一种难处理的高盐有机废水。目前,糖精钠生产废水的处理主要以物化法为主,但该法运行费用高,且容易产生二次污染。生物法具有节能、经济、环保的优点,是处理糖精钠生产废水的理想方法,但研究不多。因此,本研究以糖精钠生产废水为研究对象,首先利用活性污泥法对该废水进行处理,在此基础上,又将多级接触氧化技术应用于该废水的处理中,并对系统中的微生物学特性进行了分析,揭示了高盐有机废水生物处理系统中微生物群落结构的演替规律,为将来稳定运行和优化升级该废水处理系统提供了一定的理论基础。方法(1)分别利用活性污泥法和多级接触氧化技术处理糖精钠生产废水,研究不同处理系统中化学需氧量(COD)、总氮(TN)、氨氮(NH_4~+-N)、亚硝酸盐氮(NO_2~--N)、硝酸盐氮(NO_3~--N)、pH值、悬浮固体(SS)、混合液悬浮固体(MLSS)和脱氢酶活性(DHA)等参数的变化,分别考察其处理效率和最大耐盐能力。(2)进一步探究多级接触氧化技术处理糖精钠生产废水系统中的微生物学特性:利用高通量测序技术分析系统内微生物群落结构的动态变化;采用传统的分离方法从该系统中筛选微生物,在分子生物学水平上对其进行种属鉴定;并从分离到的微生物中筛选能高效降解糖精钠生产废水中有机物的耐盐菌,通过单因素试验和响应面法优化耐盐菌的最佳降解条件。结果(1)采用活性污泥法处理糖精钠生产废水时,当进水COD为791～4533mg/L,污泥负荷为0.03～0.15 kg COD/(kg MLSS·d),进水中盐分为1.0%～3.0%时,COD和NH_4~+-N平均去除率分别在77.6%～84.7%和63%～92.7%左右;当进水中盐分增加到3.5%～5.0%时,COD和NH_4~+-N平均去除率分别降至42.9%～64.2%和50.3%～60.3%左右,MLSS迅速增加,污泥的沉降性能变差。(2)采用多级接触氧化技术处理糖精钠生产废水时,当进水COD为791～7540 mg/L,污泥负荷为0.03～0.24 kg COD/(kg MLSS·d)时,1.0%～3.0%进水盐分范围内,COD和NH_4~+-N平均去除率分别在71.5%～91.2%和83.7%～92.7%左右;当进水中盐分为3.5%～5.0%时,COD和NH_4~+-N平均去除率分别在87.7%～91.5%和58.3%～85.6%左右,比活性污泥法提高了30%和25%左右;当进水盐分进一步增加到5.5%～8.0%时,COD和NH_4~+-N平均去除率分别降至60%和20%左右,这些结果表明多级接触氧化技术比活性污泥法对盐分具有更高的耐受性。此外,随着进水中盐分的增加,DHA逐渐降低,出水SS呈先降低后增加的趋势,与活性污泥法相比,实现了污泥减量化。(3)高通量测序结果表明,在多级接触氧化技术处理糖精钠生产废水系统中,微生物的多样性随着进水中盐分的增加而逐渐降低,而微生物的丰度则先增加后降低。变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和酸杆菌门(Acidobacteria)是原始接种污泥中微生物的主要组成部分;随着进水中盐分的增加,变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)的丰度增加;而拟杆菌门(Bacteroidetes)和酸杆菌门(Acidobacteria)的丰度则降低。此外,假单胞菌属(Pseudomonas)、Fusibacter和Hydrogenophaga等在3.5%进水盐分时明显富集,而在7.0%进水盐分时却逐渐被淘汰;而Marinobacterium、Methylophaga和盐单胞菌属(Halomonas)等的丰度在3.5%和7.0%进水盐分时均明显增加。CCA分析表明盐分是驱使多级接触氧化系统内微生物群落结构变化的主要因素。(4)对多级接触氧化系统中的微生物进行分离筛选,原始接种污泥中主要是芽孢杆菌属(Bacillus)、不动杆菌属(Acinetobacter)和假单胞菌属(Pseudomonas);当进水盐分为3.5%时,假单胞菌属(Pseudomonas)、盐单胞菌属(Halomonas)和氢噬胞菌属(Hydrogenophaga)、Gemmobacter的可培养细菌数量较多;当进水盐分为7.0%时,假单胞菌属(Pseudomonas)和盐单胞菌属(Halomonas)的可培养细菌占据优势地位。(5)对分离到的细菌进行筛选,得到3株能有效降解糖精钠生产废水中有机物的菌株:A20、A29和A32;当糖精钠生产废水的盐分为5%,接种量为15%,pH值为8,温度为30℃时,这3株菌的COD去除率均在60%以上;通过响应面法进一步优化,这3株菌降解糖精钠生产废水中有机物的最佳条件为:pH=8.0,温度为30.3℃,接种量为14.1%(A20);pH=8.2,温度为30.1℃,接种量为15.9%(A29);pH=8.3,温度为31.4℃,接种量为12.5%(A32),在此条件下所得到菌株A20、A29和A32的实际COD去除率分别为65.4%、66.2%和69.4%。结论(1)多级接触氧化技术对糖精钠生产废水的处理效果明显优于活性污泥法,且对盐分的耐受性更高。(2)盐分驱使多级接触氧化系统中微生物的群落结构发生了明显的变化,Marinobacterium、Methylophaga和盐单胞菌属(Halomonas)等的丰度随着盐分的增加而增加,并在污染物去除方面发挥了重要的作用。(3)从多级接触氧化系统中分离到的微生物主要归属于假单胞菌属(Pseudomonas)和盐单胞菌属(Halomonas)。(4)通过单因素试验和响应面法优化,优势耐盐菌对糖精钠生产废水中COD去除率可达到65%以上。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;X172
【图文】：

示意图,接触氧化工艺,示意图,氧化池

多级接触氧化反应器是由聚丙烯酸酯的亚克力板制成，总有效容积是 64 L。该反应器由 8 个空间大小完全相同的氧化池构成。在每个氧化池的左下角或右上角交替设置溢流口，通过蠕动泵进水，水流按“几”字形上下流经整个反应器。分别在每个氧化池底部中央放置 1 个微孔曝气圆盘，通过鼓风机向氧化池内曝气从而为微生物提供充足的氧气。每个氧化池内放置一个不锈钢填料架（图 2.3）由聚酰胺、聚丙烯和交联聚酯制成的高性能半软性填料以一定的间隔固定于填料架上，形成一个填料单元，填料的填充率为 3.5 kg/m3。半软性填料具有较大比表面积 1200 m2/m3，密度为 25 kg/m3，孔隙率为 97%。多级接触氧化反应器

示意图,接触氧化,实物,半软性填料

物提供充足的氧气。每个氧化池内放置一个不锈钢填料架聚丙烯和交联聚酯制成的高性能半软性填料以一定的间隔成一个填料单元，填料的填充率为 3.5 kg/m3。半软性填料1200 m2/m3，密度为 25 kg/m3，孔隙率为 97%。图 2.1 多级接触氧化工艺示意图水池蠕动泵多级接触氧化反应器出

不锈钢填料,半软性填料

图 2.3 半软性填料和不锈钢填料架泥和自来水按一定比例混匀，分别倒至 8SS为6800 mg/L左右。以低污泥负荷0.03 kg.015 kg COD/（kg MLSS·d）梯度逐渐提高d）。闷曝 3 天后，各个氧化池内的填料上膜成功。然后，利用自来水将糖精钠生产渐增加糖精钠生产废水的比例，以 0.5%梯分约保持 8~9 天（6%盐分除外），HRT 级接触氧化反应器在室温（15~25℃）下连DHA）的测定理体系内活性微生物量以及其对有机物的氮唑（TTC）比色法[49]测定了不同盐分下

【参考文献】