天然橡胶加工废水生物强化处理研究及工程应用

发布时间：2017-10-24 19:24

  本文关键词：天然橡胶加工废水生物强化处理研究及工程应用

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【摘要】：天然橡胶加工废水因其污染危害大、排放量大而成为云南环境污染整治的重要目标。由于天然橡胶加工生产过程中原料的品种和供应量的不断变化,其废水水质、水量经常变动,极不稳定,其中含有高浓度有机物、氨氮含量和难降解或对微生物有抑制作用的污染物,使得对废水中有机物和氨氮的去除远远达不到标准。此外,随天然橡胶生产规模的不断扩大中,很多原有的废水处理设施己不能满足日益增长的废水量,寻求有效提高废水处理效果且经济的技术和工艺是目前关注的重点。针对天然橡胶加工废水处理难度大、微生物群落结构稳定性差的问题,对传统AO工艺加以改造构建了A/O1/O2系统并进行了生物强化处理,与未进行生物强化的系统相比,采用直接投菌法的生物强化系统的处理效果有所提升,COD、NH3-N的去除率分别提高了20.05%和29.78%,且缩短了系统启动时间和增强了系统抗冲击负荷能力。为了系统中微生物能稳定生长、提高体系内微生物浓度,本研究设计了向各反应池内设置组合式填料的生物强化A/O1/O2生物膜系统,与未进行菌剂固定化的系统相比,生物强化A/O1/O2生物膜系统的COD、NH3-N的去除率分别提升了6.87%和7.21%。生物强化的固定化生物膜系统中微生物的活性和污染物去除效果都维持在较高的水平。通过扫描电镜观察了生物膜在载体上的附着形态并分析了生物膜形成的过程,采用光学显微镜及肉眼观察表征出不同反应室内生物膜的形态特征及镜检微生物,表明在生物强化A/O1/O2生物膜上形成了较为完整的微生物食物链体系。为进一步获得生物强化技术处理天然橡胶加工废水的工艺设计和运行参数,本文在小试实验中对影响处理效能的运行参数进行了初步分析。以废水中的有机物和氨氮作为生物强化系统的评价指标,对影响COD和NH3-N去除效能的生物强化菌剂投加比例、水力停留时间、好氧池的溶解氧浓度、一二级好氧池的曝气配比和温度进行了初步优化。综合实验数据确定,生物强化菌剂投加比例控制在1：700,水力停留时间控制在7d,一级好氧池的溶解氧浓度控制在3mg1/L左右同时一二级曝气配比为2：1,温度控制在25～30℃,在COD和NH3-N进水浓度分别达到2983mg1/L和307mgl/L时,COD和NH3-N最佳去除效率可达到96.80%和97.42%以上。为了进一步优化生物强化技术处理天然橡胶加工废水的工艺运行参数,在单因素初步优化的基础上,基于响应曲面法Box-Behnken中心组合原理设计了四因素三水平的实验,以COD去除率、NH3-N去除率为响应值,采用响应曲面法工艺运行参数进行了双目标优化；同时分析了微生物强化菌剂投加比例、系统水力停留时间、好氧池溶解氧浓度和两段好氧池的曝气配比间的相互关系和对两个响应值的影响度。通过模拟得到了COD去除率、NH3-N去除率的二次多元回归拟合模型,通过方差分析和响应曲面分析得到对天然橡胶废水中有机污染物和氨氮去除率影响较显著的因素分别是微生物菌剂投加比例和水力停留时间。模型预测得到了最优反应条件为投加菌剂比例为1：900,水力停留时间为177 h,一段好氧池溶解氧浓度为2.8 mg/L,一二段好氧池曝气配比为2：1,在此运行条件下COD去除率最大为97.69%,NH3-N去除率最大为99.10%。经进一步优化生物强化技术处理天然橡胶加工废水的工艺运行参数,COD和NH3-N的出水浓度降低了50%左右。结合生物强化A/O1/O2工艺的前期实验室研究成果,将该工艺运用到景洪市某橡胶厂的废水处理中,对该技术的实际处理效果和应用前景进行了评估。针对天然橡胶加工废水进行了废水处理站的设计。其实际的运行结果表明,A/O1/O2生物膜反应池在进水水质极不稳定的情况下,COD.BOD5的平均去除率可分别达到98.13%、98.87%,出水浓度保持在33 mg/L～55 mg/L和11 mg/L～24 mg/L范围内；NH3-N总去除率达到98.93%,出水浓度范围为0.21 mg/～7.8 mg/L；工程验收监测结果显示,橡胶废水出水五项指标均满足相关标准要求。通过分析该技术的经济效益和环境效益显示,生物强化技术不存在二次污染、降低了成本,具有良好的环境效益、经济效益和广阔的推广前景。借助非培养技术PCR-DGGE技术和培养技术相结合的方式,重点解析了生物膜上微生物种群的空间结构,对强化系统中优势菌种进行了鉴定和功能分析。从系统中分离鉴定了五株优势功能菌,通过功能分析表明,生物强化菌剂的投加使得系统内好氧菌、兼性菌和厌氧菌的种类和数量增加,同时不同微生物之间表现出协同效应,增强了系统对有机物和氨氮的去除能力,达到了生物强化的目的。基于同步硝化反硝化环境理论及氨氮降解过程中硝态氮浓度在系统中的变化,初步探讨了橡胶废水处理过程中的氨氮降解机理。
【关键词】：云南 天然橡胶加工废水 生物强化 生物膜 A/O_1/O_2工艺
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X783.3
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 1 绪论13-35
• 1.1 研究背景、目的和意义13-17
• 1.1.1 研究背景13-16
• 1.1.2 研究目的和意义16-17
• 1.2 天然橡胶废水处理国内外研究现状17-23
• 1.2.1 天然橡胶废水的产生、水质特点及危害17-19
• 1.2.2 国内天然橡胶废水处理及综合治理现状19-23
• 1.2.3 国外天然橡胶废水处理及综合治理现状23
• 1.3 缺氧-好氧(A/O工艺)国内外研究现状23-26
• 1.3.1 A/O工艺的特点和研究现状23-25
• 1.3.2 A/O衍生工艺研究现状25-26
• 1.4 生物强化技术国内外研究现状26-30
• 1.4.1 生物强化技术的产生26-27
• 1.4.2 生物强化技术的作用机制和强化效果27-28
• 1.4.3 生物强化技术在污废水处理领域应用的国内外研究现状28-30
• 1.5 课题提出、研究内容及技术路线30-35
• 1.5.1 课题提出30-31
• 1.5.2 研究内容31-32
• 1.5.3 技术路线32-35
• 2 试验装置和方法35-47
• 2.1 试验装置35-38
• 2.1.1 工艺设计35-36
• 2.1.2 小试装置36-38
• 2.2 试验材料38-41
• 2.2.1 试验仪器与设备38-39
• 2.2.2 试验试剂39-40
• 2.2.3 试验水质40
• 2.2.4 微生物菌剂40-41
• 2.2.5 填料41
• 2.3 试验方法41-47
• 2.3.1 常用的理化分析方法41
• 2.3.2 微生物个体及生物膜形态观察方法41-42
• 2.3.3 分子生物学实验方法42-47
• 3 天然橡胶加工废水的生物强化和固定化研究47-67
• 3.1 引言47-48
• 3.2 生物强化小试A/O_1/O_2反应器的启动48-51
• 3.2.1 活性污泥驯化48-49
• 3.2.2 填料选择与挂膜49-51
• 3.2.3 微生物菌剂的投加51
• 3.3 生物强化效能分析51-59
• 3.3.1 COD降解效能分析52-55
• 3.3.2 NH_3-N降解效能分析55-59
• 3.4 生物菌剂固定化运行效能分析59-65
• 3.4.1 COD去除效能分析60-61
• 3.4.2 NH_3-N去除效能分析61-63
• 3.4.3 生物膜表观特征研究63-65
• 3.5 本章小结65-67
• 4 生物强化A/O_1/O_2生物膜反应体系运行参数的优化67-107
• 4.1 引言67-68
• 4.2 天然橡胶加工废水有机物降解的影响因素68-79
• 4.2.1 微生物菌剂投加比例对有机物降解的影响68-71
• 4.2.2 水力停留时间对有机物降解效果的影响71-73
• 4.2.3 溶解氧对有机物降解效果的影响73-76
• 4.2.4 一级、二级好氧池的曝气配比对有机物降解效果的影响76-77
• 4.2.5 温度对有机物降解效果的影响77-79
• 4.3 天然橡胶加工废水氨氮降解的影响因素79-90
• 4.3.1 微生物菌剂投加量对脱氮效果的影响80-83
• 4.3.2 水力停留时间对脱氮效果的影响83-85
• 4.3.3 溶解氧对脱氮效果的影响85-88
• 4.3.4 一级、二级好氧池的曝气配比对脱氮效果的影响88-89
• 4.3.5 温度对脱氮效果的影响89-90
• 4.4 基于响应曲面法的生物膜反应体系运行参数优化90-104
• 4.4.1 模型的建立与方差分析91-97
• 4.4.2 响应曲面的因素交互影响分析97-103
• 4.4.3 天然橡胶加工废水工艺优化和模型验证103-104
• 4.5 本章小结104-107
• 5 生物强化技术处理天然橡胶加工废水的工程应用107-123
• 5.1 引言107
• 5.2 工程概况及工艺设计107-111
• 5.2.1 工程概况107-108
• 5.2.2 工艺设计及计算108-111
• 5.3 生产运行前期准备与调试111-112
• 5.3.1 MDEM菌剂的准备111
• 5.3.2 活性污泥的培养111
• 5.3.3 组合式填料的投加111-112
• 5.3.4 工程调试112
• 5.4 实际生产运行结果及分析112-120
• 5.4.1 厌氧段处理效果112-115
• 5.4.2 好氧段处理效果115-116
• 5.4.3 工艺运行结果总分析116-120
• 5.5 生物强化技术推广应用及效益分析120-121
• 5.5.1 应用效果分析120-121
• 5.5.2 经济效益分析121
• 5.5.3 环境效益分析121
• 5.6 本章小结121-123
• 6 生物强化系统微生物群落结构解析及橡胶废水处理机制分析123-137
• 6.1 引言123
• 6.2 生物强化系统微生物群落结构分析123-127
• 6.2.1 生物膜样品总DNA的提取124-125
• 6.2.2 生物膜样品的PCR扩增125
• 6.2.3 PCR-DGGE分析125-127
• 6.3 生物强化系统功能微生物的鉴定127-131
• 6.3.1 生物强化系统优势微生物的分离与鉴定127-129
• 6.3.2 生物强化系统优势微生物的功能鉴定129-131
• 6.4 生物脱氮优势微生物的作用机理分析131-136
• 6.4.1 厌氧氨氧化-反硝化耦合工艺132-133
• 6.4.2 同步硝化反硝化反应133-136
• 6.5 本章小结136-137
• 7 结论与展望137-141
• 7.1 结论137-139
• 7.2 创新点139
• 7.3 展望139-141
• 致谢141-143
• 参考文献143-155
• 附录A 攻读学位期间发表文章和专利155-156

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 谢丽;蔡碧婧;杨殿海;周琪;;亚硝酸积累条件下反硝化脱氮过程动力学模型[J];同济大学学报(自然科学版);2009年02期

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本文编号：1090188