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生物强化膜生物反应器处理溴氨酸废水的研究

邢林林  
【摘要】:本论文的研究目的是考察用一株鞘氨醇单胞菌(sphingomonas xenophaga QYY)强化膜生物反应器(Membrane bioreactor,MBR)处理溴氨酸废水的降解特性、污泥特性、菌群生理状态和群落变化,并推测该系统降解溴氨酸的途径。通过揭示反应器宏观特性和微观结构之间的内在关系为实际废水处理提供理论依据。 对活性污泥连续式MBR系统处理溴氨酸进行了研究,考察了驯化期、稳定运行期、预生物强化期三个阶段的特性。发现驯化过程中,活性污泥浓度下降;脱氢酶活性下降并保持在较低的水平;胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)中蛋白质和多糖浓度则有所升高;驯化期结束后,活性污泥对溴氨酸的脱色率和COD去除率分别达90%和50%以上。核糖体基因间隔序列分析(Ribosomal Intergenic Sequence Analysis,RISA)显示活性污泥群落呈现动态变化,生物多样性下降。在稳定运行期,当进水浓度增加后,出现黄色产物,导致脱色率下降。上清液和膜出水的脱色率分别约为50%和65%,相应的COD去除率分别约为25%和50%。脱氢酶活性和EPS浓度均呈现先降低后升高的趋势。在此基础上,投加菌株QYY进行预强化,结果表明投菌后在进水负荷增加的条件下,上清液和膜出水的溴氨酸脱色率、COD去除率同投菌前基本保持一致;脱氢酶活性和胞外聚合物浓度略有波动,但是运行一段时间后即恢复到投菌前水平。通过RISA进行群落分析推测菌株QYY和原系统中的优势菌为同种,可以在系统中稳定存在,并且不对原始菌群结构造成较大影响。 考察了生物强化连续式MBR的启动期特性及不同操作参数对降解特性、污泥特性、菌群生理状态和群落结构的影响。结果表明采用生物强化可以使MBR迅速启动并稳定运行。在启动期,污泥浓度下降;沉降性和絮凝性变好;脱氢酶活性下降并稳定在一个较低的水平上;EPS中蛋白和多糖含量略有上升;启动期末,膜出水脱色率可达90%以上,COD去除率可达60%左右。RISA指纹分析表明污泥系统多样性减少,形成了降解溴氨酸的功能群落。通过考察不同参数的影响得出:在溴氨酸浓度350mg/L,不控温,曝气量0.8L/min,HRT 14.5h,pH=7时可以达到较好的处理效果和较低的能耗。RISA表明随着这些参数的变化,菌群微观结构发生动态变化,其变化可以很好的解释系统相应的宏观特性的变化。 通过对连续运行的降解机理分析,针对连续运行产物易聚合的缺点,提出了更合理的间歇运行模式。生物强化间歇式MBR(SMBR)也可以很快启动成功并稳定运行。在增加进水溴氨酸浓度为350mg/L的情况下,上清液和膜出水脱色率仍能达到90%以上,且未发现黄色出水产物;上清液和膜出水的COD去除率也能分别达到52%和62%左右;


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