黄姜制药废水生物处理电能转化关键制约因素及效能研究
发布时间：2023-05-10 00:30
黄姜中的薯蓣皂素(Diosgenin)是甾体激素类药物合成的最主要原料。目前世界上三分之二以上的甾体激素类药物是以薯蓣皂素为基础原料进一步修饰而成的。我国是薯蓣皂素生产大国,薯蓣皂素年产量在4000吨以上,占全球产量的90%。在以黄姜为原料的薯蓣皂素生产过程中,产生大量高污染、难处理的黄姜制药废水,对传统的生物处理工艺提出了挑战。生物电化学系统(bio-electrochemical system,BES)不仅能像传统废水处理工艺一样去除有机物,而且能够形成弱电场,在阳极厌氧条件下强化分解复杂化合物,在难降解废水处理中具有很好的应用前景。利用BES处理黄姜制药废水面临的主要问题是,该类废水成分复杂多变、难降解物质和硫酸盐含量高。为此,深入研究和探讨这些制约因素对BES启动和运行效率的影响,掌握废水降解规律,将为黄姜皂素生产废水的处理及资源化提供理论基础和技术支撑。由于黄姜制药废水化学成分复杂,可能出现微生物适应能力差、电化学活性菌(electrochemically active bacteria,EAB)富集困难的问题。首先研究了接种污泥对BES启动速度、运行效率以及阳极微生物群落富...
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 能源需求与CO2减排
1.1.2 废水的再生利用
1.1.3 生物电化学技术的快速发展
1.1.4 黄姜制药废水
1.1.5 研究目的和意义
1.2 生物电化学技术影响因素分析
1.2.1 电子传输过程与机制
1.2.2 BES中的微生物及其代谢
1.2.3 BES底物的类型
1.2.4 电极材料
1.2.5 BES设计与操作条件的影响
1.3 生物电化学系统中微生物群落研究方法
1.3.1 群落动态学分析技术
1.3.2 群落结构解析技术
1.3.3 微生物群落功能分析
1.4 黄姜制药废水及其处理
1.4.1 黄姜制药废水的来源与特征
1.4.2 黄姜皂素生产废水的处理现状
1.4.3 BES处理黄姜皂素生产废水及遇到的问题
1.5 主要研究内容与路线
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 主要技术路线
第2章 材料与方法
2.1 BES的启动运行
2.1.1 BES的装配
2.1.2 接种污泥来源
2.1.3 阳极溶液组成
2.1.4 反应器启动与运行
2.2 测试与分析方法
2.2.1 常规化学指标的测定
2.2.2 电导率
2.2.3 电压、功率密度和电流密度
2.2.4 BES极化曲线及内阻
2.2.5 库伦效率及电子分流计算
2.2.6 循环伏安特性曲线
2.3 BES阳极微生物分析
2.3.1 生物膜观察
2.3.2 DNA提取
2.3.3 细菌 16S r DNA的PCR扩增
2.3.4 DGGE及图谱中特异条带测序
2.3.5 高通量测序分析
2.3.6 核酸序列提交
第3章 种泥类型对BES启动和产电效率的影响
3.1 引言
3.2 不同污泥启动单室BES的产电特性
3.2.1 不同污泥接种BES的产电效率
3.2.2 接种不同污泥BES产电效率对比分析
3.3 BES阳极微生物群落结构动态分析
3.3.1 BES阳极表面微生物形态特征
3.3.2 微生物群落结构分析
3.4 微生物群落组成的变化
3.4.1 微生物群落的多样性
3.4.2 微生物群落在门纲水平的组成与丰度
3.4.3 微生物群落属级水平的组成与丰度
3.5 本章小结
第4章 废水中硫酸盐对电子的分流及SRB的作用
4.1 引言
4.2 硫酸盐对BES产电效率的影响
4.2.1 BES产电效率的变化
4.2.2 BES对COD和SO4
2-的去除效果
4.2.3 硫酸盐还原对BES产电的影响
4.3 SRB对BES产电的贡献
4.3.1 BES中硫酸盐还原菌的抑制
4.3.2 硫酸盐还原菌对产电的贡献
4.4 本章小结
第5章 底物变化对BES产电效率与微生物群落影响
5.1 引言
5.2 底物变化对BES运行的影响
5.2.1 BES以乳酸为底物启动运行
5.2.2 底物改变对BES的运行效率的影响
5.2.3 底物恢复为乳酸后BES的响应
5.3 底物变化对阳极微生物群落结构的影响
5.3.1 以乳酸为底物富集阳极微生物
5.3.2 底物切换对微生物群落结构的影响
5.4 微生物群落组成与丰度对底物变化的响应
5.4.1 以乳酸为底物阳极微生物群落组成
5.4.2 底物切换对阳极微生物群落组成的影响
5.5 微生物群落的恢复
5.6 本章小结
第6章 BES处理黄姜制药废水并同步产电
6.1 引言
6.2 BES利用黄姜制药废水的产电特征
6.2.1 BES以黄姜制药废水为底物的可行性
6.2.2 BES处理黄姜制药废水的产电性能
6.3 BES对废水中有机物的降解
6.3.1 BES对污染物的去除及库仑效率
6.3.2 BES对硫酸盐的去除
6.3.3 挥发酸的变化规律
6.4 微生物群落特征
6.4.1 BES阳极生物膜形态特征
6.4.2 微生物群落的分布特征
6.4.3 微生物间的协同作用
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
个人简历
本文编号：3812682
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 能源需求与CO2减排
1.1.2 废水的再生利用
1.1.3 生物电化学技术的快速发展
1.1.4 黄姜制药废水
1.1.5 研究目的和意义
1.2 生物电化学技术影响因素分析
1.2.1 电子传输过程与机制
1.2.2 BES中的微生物及其代谢
1.2.3 BES底物的类型
1.2.4 电极材料
1.2.5 BES设计与操作条件的影响
1.3 生物电化学系统中微生物群落研究方法
1.3.1 群落动态学分析技术
1.3.2 群落结构解析技术
1.3.3 微生物群落功能分析
1.4 黄姜制药废水及其处理
1.4.1 黄姜制药废水的来源与特征
1.4.2 黄姜皂素生产废水的处理现状
1.4.3 BES处理黄姜皂素生产废水及遇到的问题
1.5 主要研究内容与路线
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 主要技术路线
第2章 材料与方法
2.1 BES的启动运行
2.1.1 BES的装配
2.1.2 接种污泥来源
2.1.3 阳极溶液组成
2.1.4 反应器启动与运行
2.2 测试与分析方法
2.2.1 常规化学指标的测定
2.2.2 电导率
2.2.3 电压、功率密度和电流密度
2.2.4 BES极化曲线及内阻
2.2.5 库伦效率及电子分流计算
2.2.6 循环伏安特性曲线
2.3 BES阳极微生物分析
2.3.1 生物膜观察
2.3.2 DNA提取
2.3.3 细菌 16S r DNA的PCR扩增
2.3.4 DGGE及图谱中特异条带测序
2.3.5 高通量测序分析
2.3.6 核酸序列提交
第3章 种泥类型对BES启动和产电效率的影响
3.1 引言
3.2 不同污泥启动单室BES的产电特性
3.2.1 不同污泥接种BES的产电效率
3.2.2 接种不同污泥BES产电效率对比分析
3.3 BES阳极微生物群落结构动态分析
3.3.1 BES阳极表面微生物形态特征
3.3.2 微生物群落结构分析
3.4 微生物群落组成的变化
3.4.1 微生物群落的多样性
3.4.2 微生物群落在门纲水平的组成与丰度
3.4.3 微生物群落属级水平的组成与丰度
3.5 本章小结
第4章 废水中硫酸盐对电子的分流及SRB的作用
4.1 引言
4.2 硫酸盐对BES产电效率的影响
4.2.1 BES产电效率的变化
4.2.2 BES对COD和SO4
2-的去除效果
4.2.3 硫酸盐还原对BES产电的影响
4.3 SRB对BES产电的贡献
4.3.1 BES中硫酸盐还原菌的抑制
4.3.2 硫酸盐还原菌对产电的贡献
4.4 本章小结
第5章 底物变化对BES产电效率与微生物群落影响
5.1 引言
5.2 底物变化对BES运行的影响
5.2.1 BES以乳酸为底物启动运行
5.2.2 底物改变对BES的运行效率的影响
5.2.3 底物恢复为乳酸后BES的响应
5.3 底物变化对阳极微生物群落结构的影响
5.3.1 以乳酸为底物富集阳极微生物
5.3.2 底物切换对微生物群落结构的影响
5.4 微生物群落组成与丰度对底物变化的响应
5.4.1 以乳酸为底物阳极微生物群落组成
5.4.2 底物切换对阳极微生物群落组成的影响
5.5 微生物群落的恢复
5.6 本章小结
第6章 BES处理黄姜制药废水并同步产电
6.1 引言
6.2 BES利用黄姜制药废水的产电特征
6.2.1 BES以黄姜制药废水为底物的可行性
6.2.2 BES处理黄姜制药废水的产电性能
6.3 BES对废水中有机物的降解
6.3.1 BES对污染物的去除及库仑效率
6.3.2 BES对硫酸盐的去除
6.3.3 挥发酸的变化规律
6.4 微生物群落特征
6.4.1 BES阳极生物膜形态特征
6.4.2 微生物群落的分布特征
6.4.3 微生物间的协同作用
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
个人简历
本文编号：3812682
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