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《重庆大学》 2009年
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复合微生物制剂处理垃圾渗滤液的应用及其机理研究

裴廷权  
【摘要】:随着我国经济的发展和城市人口的增加,城市生活垃圾产生量日益增加。目前,卫生填埋仍是我国城市生活垃圾处置的主要方式。垃圾填埋场产生的渗滤液成分复杂、可降解性差、含有大量有毒有害物质,若不加以处理则会对周边生态环境造成极为恶劣的影响。因此,垃圾渗滤液的污染控制和治理已成为当前环保领域内的一项重大课题。 本论文首先对生化法处理垃圾渗滤液中的核心问题菌种的选择进行了研究,分别对三个复合微生物菌剂进行活化,比较了菌剂在不同投加方式(直接投加、灭菌后投加、未投加)下的处理效果,探讨了主要影响因素,推断原渗滤液中可能存在对处理有利的原始菌群。 通过单因素试验与正交分析,获得了三种菌种的最佳优化条件;采取生物挂膜试验,进一步比较这三种菌种对渗滤液的处理效果,并遴选出比较优势的菌种;借助物化法作为渗滤液的预处理或深度处理增强污染物的去除效果;对比生化法和物化法不同组合方式(先生化后物化与先物化后生化)的优劣,并从处理效果和经济效益方面加以分析,得到最佳的处理工艺。 使用PCR-DGGE指纹分析技术,将菌种DNA片段进行提取、纯化、PCR扩增、DGGE分离和16S rDNA序列测定,将测序的结果与NCBI基因库进行比对,分析在挂膜过程中微生物多样性及结构变化,确定微生物的种属关系。通过分子生物学手段对优势菌剂的作用机理进行探讨,从机理上解释微生物菌剂的作用过程。通过以上各方面研究得到以下主要结论: ①试验发现直接投加菌剂的处理效果明显优于灭菌后投加和未投加方式,这也表明渗滤液的原始菌群中含有某些对处理有利的微生物。 ②由单因素试验、正交试验及误差分析可知,各因素影响HBH-Ⅱ、MCMP、EM菌对渗滤液中COD的去除程度由大到小依次为:接种量初始pH值反应时间曝气时间;初始pH值反应时间接种量曝气时间;初始pH值接种量反应时间曝气时间。最优水平组合分别为:反应时间96 h,曝气时间24 h,VHBH-Ⅱ: V水=1/8000,进水pH=8.5;反应时间72 h,曝气时间36 h,VMCMP: V水=1/8000,进水pH=8;反应时间72 h,曝气时间36 h,VEM: V水=1/10000,进水pH =8.5。 ③从优选菌种的角度看,对去除COD、BOD、NH4+-N、TN而言,总体上处理效果为:EMHBH-ⅡMCMP;但在去除TP方面,则存在MCMPEMHBH-Ⅱ,综合考虑,选择EM菌种作为后续研究的对象。其COD、BOD、NH4+-N、TN、TP的去除率分别达到71.25%、77.41%、86.16.%、86.82%、47.25%。 ④生化法出水经过后续Fenton处理(初始pH=5,FeSO4·7H2O的投加量为0.03 mol·L-1,反应时间为3 h,nH2O2:nFe2+=3: 1)COD最终去除率达到91.54%,出水浓度为382.85 mg/L,达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)三级标准。反应后BOD5/COD值增大,达到0.68左右,大大提高了渗滤液的可生化性,有利于进入污水管网进行后续处理。出水中NH4+-N和TN的最终去除率分别为90.54%、88.76%,TP出水浓度1.56 mg/L。 ⑤三种物化方法处理生物挂膜尾水的效果表明:Fenton氧化法(COD去除率68.48%,NH4+-N去除率18.37%)较水化氧化和黏土石灰法要更理想。对比试验还发现,Fenton+EM生化与EM生化+Fenton两种工艺出水指标大致相当,NH4+-N、TN、TP的去除率都在90%左右。但EM生化+Fenton工艺获得了更高的出水可生化性,对城市污水处理系统的后续处理更为有利。在去除效果大致相当的条件下,EM生化+Fenton工艺药剂单位处理费用比Fenton+EM生化工艺低18.3%,约为4.55元/吨。 ⑥通过DNA提取,PCR扩增和DGGE分离,用BLAST程序进行相似性比较分析体系中微生物群落多样性,以及在挂膜过程中不同种群的动态变化,所有序列与数据库中16S rDNA序列的相似性在94%-100%之间。由于条件和环境的改变,菌群结构在种类上也发生了变化。DGGE电泳图表明,菌种的加入改变了渗滤液中微生物原来的群落结构。条带S4对应的菌株与Uncultured Firmicutes(厚壁菌门)同源性为99%;Uncultured Firmicutes bacterium菌株在挂膜的第8天,发挥的优势地位越来越明显;有的菌种与相比对的菌属存在很好同源性,但在系统发育树上没有找到与其亲缘关系比较近的种。 ⑦分子生物学手段分析结果表明,渗滤液中污染物的去除与投加EM有很大的关系,但是渗滤液中原始菌种的贡献同样不可忽视。投加EM菌剂促进了渗滤液中群落结构演替和功能优化,并最终通过EM菌剂和渗滤液中原始菌群的共同作用实现渗滤液处理系统效能提高和完善。在生物挂膜成功后,反应体系中形成了由部分EM菌种和部分原始菌种构成的新菌种群落,这种新的菌种群落对渗滤液的处理起着决定性的作用。直接使用强氧化剂,强碱预处理的做法显然会直接破坏渗滤液中原有的有益菌群,所以传统工艺中预处理的方式是值得商榷的。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:X703

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