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《天津大学》 2010年
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化工合成制药废水的高效厌氧生物处理技术研究

周莉莉  
【摘要】: 化工合成制药废水中常含有高浓度有毒有害污染物,一般生物法对该废水处理效率不高且稳定性不好。本文研究了厌氧折流板反应器(ABR)、内循环厌氧反应器(IC)和双循环厌氧反应器(DC)三种新型高效厌氧反应器处理合成制药废水的性能并深入分析了主要的生化反应机理及微生物特性。 系统考察了ABR反应器在常温(23-28℃)和低温(T=14℃)条件下的运行特性及影响因素。在常温条件下,当水力停留时间(HRT)=84h、容积负荷(OLR)=2 kgCOD/m3·d时,COD去除率达到约70%。当OLR升高至3.6 kgCOD/m3·d时,COD平均去除率降至65.1%。在低温条件下,当OLR=1 kgCOD/(m3·d))时,COD去除率仅为30%-50%。上述结果表明,ABR反应器处理合成制药废水时,容积负荷较低、COD去除率有限。另外,ABR反应器运行过程中还出现了酸化现象,导致了系统的不稳定运行。 采用IC反应器处理高浓度的合成制药废水,结果表明,以高负荷(5 kgCOD/m3·d)、高进水浓度方式启动内循环厌氧反应器(IC),经过23d完成启动驯化,反应器的容积负荷达到5 kgCOD/m3·d时,COD的去除率稳定在70%左右。在HRT=20 h的稳定运行条件下,IC反应器处理制药废水的最佳容积负荷为8 kgCOD/m3·d,COD去除率为70%。达到同样COD去除率时,IC反应器的水力停留时间和容积负荷分别是ABR反应器的1/4和4倍。但是IC反应器处理制药废水时负荷和COD去除率还不够高,当进水浓度较高时,仍然需要稀释,否则,反应器运行时也时常会发生酸化问题。 在IC反应器基础上,设计开发的新型双循环厌氧反应器(DC)处理合成制药废水的试验结果表明,DC反应器具有启动时间短、运行稳定的特点。当DC反应器处理低浓度实际合成制药废水时,当OLR介于2.3-5.6 kgCOD/m3·d之间,HRT=16h时,COD去除率高于80%。当DC反应器处理高浓度模拟废水时(由实际制药废水和葡萄糖配制而成),OLR=5-30 kgCOD/m3·d,COD的去除率仍可稳定在80%。当容积负荷升高到44 kgCOD/m3·d时,COD去除率出现显著下降趋势。虽然废水中COD/SO42-比值对DC的COD去除效果有明显影响,当COD/SO42-比值从10下降到3左右时,COD去除率从85%下降到56.2%,但是,相比其它厌氧反应器,DC对硫酸根的去除率较好,在稳定运行条件下,DC对制药废水中硫酸根的去除率为50%-70%。外循环量与进水量的回流比为6:1时,DC反应器的COD去除率和产气量均达到最大,同时出水中挥发酸浓度最低。 利用SEM方法观察IC和DC反应器中颗粒污泥形态,发现两者外观形态相似,表明反应器构造对颗粒污泥形态变化影响较小。在此基础上,利用PCR-DGGE基因指纹分析技术,分析了DC反应器不同运行阶段的微生物群落结构特征(细菌和古细菌)。结果表明,DC反应器内微生物经历了显著的动态演替过程,最终形成特定种群的顶级群落,其中古细菌群落结构变化过程尤为明显。克隆测序结果显示:总细菌中克吕沃尔氏菌属(Kluyvera sp)和粘胶球形菌属(Lentisphaerae)等种群以及古细菌中未可培养产甲烷古菌(Uncultured methanogenic archaeon)、甲烷球菌(Methanoculleus)和甲烷鬓毛菌属(Methanosaeta concilii)一直保持着较为稳定的优势地位,而总细菌中厌氧单胞菌属(Aeromonas hydrophila )、不动杆菌属(Acinetobacter)等种群和古细菌中甲烷微菌属(Methanimicrococcus)、未可培养古菌(Uncultured archaeon)和未可培养甲烷八叠球菌(Uncultured Methanosarcinales archaeon)短暂存在。随着群落的演替最终演变为优势种群的总细菌主要有多粘芽孢菌属( Paenibacillus polymyxa )、粘球菌属(Myxococcales)、蜡状芽孢杆菌属(Bacillus cereus)和δ变形菌属(delta proteobacterium)。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:X703

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