刺槐纤维复合PVA固定化微生物颗粒的制备及其处理模拟氨氮废水的研究

摘要

随着我国人口的增长和城市化进程的快速发展，水污染已成为主要的环境问题之一。与常规悬浮生物处理工艺相比，固定化微生物技术处理废水具有处理效率高、稳定性强、污泥产生量少、固液分离效果好、微生物量大、抗冲击负荷能力强等优点。其中，固定化载体、固定化方法以及固定化条件的选择是该废水处理技术的关键。
　　本文以聚乙烯醇(PVA)为骨架，加入刺槐纤维，采用化学交联法制备了一种新型的固定化载体——刺槐纤维复合PVA固定化颗粒。以颗粒的弹性、压缩强度、比表面等理化性能为指标，确定刺槐纤维复合PVA固定化颗粒的合成工艺:室温下，在硼酸为4％(wt)、海藻酸钠为1％（wt）、无机盐交联剂为CaCl2、交联反应12h时，颗粒的性能良好，其比表面为62.02m2/g，压缩强度为0.5101MPa;当PVA为5％（wt）时、添加约0.9％粒径小于0.105mm的刺槐纤维，颗粒的比表面增加了29.1％、压缩强度提高了9.8％。
　　采用SBR工艺，通过不断提高进水氨氮浓度驯化活性污泥，得到高效硝化污泥，为固定化微生物颗粒提供菌源，结果表明:进水氨氮浓度分别为50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L、350mg/L驯化活性污泥时，在每一浓度下的第7周期，氨氮去除率随氨氮浓度的升高而降低;驯化至34天，当进水氨氮浓度为350mg/L时，氨氮去除率达到95％以上，硝化菌数量由驯化前的1.1×107MPN/mL升高至2.0×108MPN/mL，标志着驯化完成;通过正交试验，以氨氮去除率为指标，得到了固定化微生物颗粒的最佳包埋条件:PVA5％(wt)，包菌量（浓缩高效硝化污泥与凝胶液的重量比）1∶2.0，交联反应12h，纤维1.2％（wt）。
　　比较等量游离菌、不添加纤维的固定化微生物颗粒和刺槐纤维复合PVA固定化微生物颗粒在不同曝气强度、温度和pH值条件下，对氨氮的去除效果。实验结果表明，在30℃、pH=7.0、15％的填充率下，振荡器转速超过120r/min时，三者的去除率均达到98％以上;在0～110r/min范围内，当转速相同时，刺槐纤维复合PVA固定化微生物颗粒的氨氮去除率均高于不添加纤维的固定化微生物颗粒;当pH=7、转速为120r/min、填充率为15％时，在10～25℃的低温条件下，刺槐纤维复合PVA固定化微生物颗粒的氨氮去除率最高，不添加纤维的固定化微生物颗粒次之，游离菌最差;在30℃、120r/min的转速、15％的填充率下，游离菌的适宜pH范围为7.2～8.2，不添加纤维的固定化微生物颗粒为6.7～8.2，刺槐纤维复合PVA固定化微生物颗粒的为6.2～8.2，可见固定化扩宽了微生物的最适pH范围，添加纤维以后，固定化微生物颗粒的这种能力有所提高。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 包埋法固定化的优势

1．2 固定化包埋载体的分类及研究现状

1．2．1 无机载体

1．2．2 海藻酸钠载体

1．2．3 聚乙烯醇(PVA)载体

1．2．4 新型载体

1．2．5 其他载体

1．3 固定化微生物技术在处理含氮废水中的应用

1．4 固定化微生物技术的发展趋势

1．5 天然植物纤维简介

1．5．1 天然植物纤维的基本结构与应用

1．5．2 刺槐纤维

1．6 课题研究内容及意义

1．6．1 课题的研究目的及意义

1．6．2 课题的研究内容

2 刺槐纤维复合PVA凝胶颗粒的制备及性能研究

2．1 实验试剂及仪器

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 实验原理及方法

2．2．1 实验原理

2．2．2 固定化凝胶颗粒的制备流程

2．2．3 实验反应装置图

2．3 分析测试

2．3．1 保留率

2．3．2 弹性

2．3．3 压缩强度

2．3．4 比表面

2．3．5 扫描电镜(SEM)分析

2．3．6 密度

2．3．7 含水率

2．4 单因素实验与结果分析

2．4．1 硼酸的质量分数对PVA凝胶颗粒的影响

2．4．2 无机盐交联剂对PVA凝胶颗粒的影响

2．4．3 海藻酸钠的质量分数对PVA凝胶颗粒的影响

2．4．4 聚乙烯醇的质量分数对PVA凝胶颗粒的影响

2．4．5 交联反应时间对PVA凝胶颗粒的影响

2．5 刺槐纤维的改性处理及其对凝胶颗粒的影响

2．5．1 刺槐纤维预处理的实验步骤

2．5．2 改性后刺槐纤维的SEM分析

2．5．3 刺槐纤维粒径对PVA凝胶颗粒的影响

2．5．4 刺槐纤维质量分数对PVA凝胶颗粒的影响

2．6 刺槐纤维表面改性前后PVA凝胶颗粒性能的比较

2．7 本章小结

3 刺槐纤维复合PVA固定化微生物颗粒的制备工艺优化

3．1 实验试剂与仪器

3．2 模拟废水组成

3．3 高效硝化菌的驯化

3．3．1 供试污泥

3．3．2 试验装置

3．3．3 试验方法

3．3．4 结果与讨论

3．4 刺槐纤维复合PVA固定化微生物颗粒包埋条件的优化

3．4．1 实验部分

3．4．2 正交试验分析方法

3．4．3 实验结果讨论

3．5 本章小结

4 刺槐纤维复合PVA固定化微生物颗粒处理模拟氨氮废水的研究

4．1 实验试剂及仪器

4．2 模拟废水组成

4．3 固定化微生物激活

4．3．1 实验装置

4．3．2 实验方法

4．3．3 固定化微生物颗粒的填充率

4．3．2 微生物激活实验与结果讨论

4．4 固定化微生物颗粒水处理特性研究

4．4．1 实验方法

4．4．2 实验与结果讨论

4．5 本章小结

5 结论

参考文献

致谢

个人简历、硕士期间发表的学术论文