S2-、SO42-对单相及两相厌氧消化效果的影响研究

摘要

含S2-及SO42-有机废水广泛来源于工业制造生产及加工过程中，如造纸工业、发酵工业、制药工业、制革工业、食品加工工业、石油工业以及矿产开采工业，未经处理的废水直接排入水体会产生严重的环境危害。 本课题以连续搅拌反应器（CSTR）为研究对象，分别启动单相厌氧和两相厌氧运行系统，探究了SO42-负荷、S2-及C/S（即COD/SO42-质量比，下同）对单相及两相厌氧处理含硫有机废水效果的影响，并分析了两相厌氧系统中的微生物群落结构特征的演替规律。主要研究结论如下： （1）在单相厌氧系统中，C/S从5降低至2，硫酸盐还原菌（SRB）活性逐渐增强，出水中S2-浓度明显增加，但系统仍可稳定运行。比例从1:1降低至0.67:1，其COD去除率从40%降低为31%，C/S逐渐降至0.67:1时，出水中S2-的含量急剧下降，底物去除效果差，污泥沉降性变差，出水中携带有大量污泥，反应器运行性能差。各比例下，总体硫的回收率达到90%左右，液相中S2-浓度占比最大。在C/S为0.67:1，出水SO42-占比最大，硫的回收率较其他比值低，在此条件下，形成了单质硫以及硫的沉淀物。SO42-的添加，对有机物负荷冲击具有缓冲作用。添加SO42-的反应器VFA总量低于未添加的反应器，其出水中乙酸占比高于未添加。在本实验中，C/S≥2时，可达到较高效的底物去除效果，且系统运行较稳定。 （2）在两相厌氧系统中，将产酸相和产甲烷相分相串联运行。产酸相进水负荷在10kg/m3?d，pH稳定在4.3~4.5，ORP值为-400mV~-500mV之间，呈丙酸型发酵，酸化率在45%左右。两相系统的COD去除率达到90%。在厌氧分相过程中，产酸相污泥从接种的灰黑色逐渐变为灰褐色、淡黄色，最终以乳白色形态存在，通过扫描电镜观察，菌群主要以短杆菌，芽孢菌及丝状菌存在。产甲烷相的pH基本稳定在7.2左右，ORP值在-400mV~-420mV，整个实验过程污泥呈灰黑色，扫描电镜中观察到甲烷八叠球菌存在。根据16S rDNA测序结果，产酸相中优势菌属为Enterobacteriaceae（肠杆菌属），Bifidobacterium（双歧杆菌科），Corynebacterium（棒杆菌属），Bacteroidetes（拟杆菌），Clostridium sensu stricto（梭状假胞杆菌属）产；甲烷相中优势菌属为Anaerolineaceae（厌氧绳菌属），Aminivibrio（氨基酸降解菌），Mesotoga（弥索袍菌属），Methanobacterium（甲烷杆菌属），Methanosarcina（甲烷八叠球菌）。本研究中产酸相中Enterobacteriaceae在pH为4.5环境下，仍为优势菌属，对低pH耐受性得到提高。产甲烷相中Thermotogae在中温环境（35℃）中也可生存且丰度较高。Anaerolineaceae优势明显（45.5%），其与Methanosaeta古菌共生，在烷烃的产甲烷降解过程中起到重要作用。 （3）在产酸相中，随C/S比的下降，进水pH值的变化对系统的影响效果逐渐减弱，SO42-的加入使得体系内丙酸含量降低，而乙酸的含量有所上升。适量的S2-浓度可以促进VFA的产生。当进水S2-增加至500mg/L，产酸相微生物受到抑制，出水COD浓度高于进水。当S2-浓度增加到800mg/L，系统性能恶化明显，所有pH值下均无降解效果，污泥不断流失。在含C、S体系中，添加NO3-对系统运行效果影响较大。通过改变进水NO3-浓度，调节S/N比（即S/N摩尔比，下同）。S/N比例为5:2，S2-的去除率只有30%左右，而SO42-的积累出现在比例为5:5，将S2-完全氧化的S/N比为5:8。异养反硝化反应发生在自养反硝化之后。随氮源减少，S/N的继续增加，对系统产酸过程产生抑制。在该反应体系内，控制C/S为16:1，最佳的S/N比为5:8。

目录

1绪论

1.1 厌氧生物处理研究现状

1.2 两相厌氧处理工艺研究现状

1.3 硫对厌氧生物处理工艺影响研究现状

1.4 本实验研究意义及内容

2 SO42-对单相厌氧消化效果研究

2.1 引言

2.2 实验材料与方法

2.3 运行效果与分析

2.4 本章小结

3 两相厌氧反应器的启动

3.1 引言

3.2 实验材料与方法

3.3 本实验启动过程结果分析

3.4本章小结

4 S2-/SO42-对两相厌氧处理效果研究

4.1 引言

4.2实验材料与方法

4.3 不同C/S对产酸相处理废水效果影响

4.4不同浓度梯度的S2-对产酸相处理废水影响

4.5 不同S2-/NO3-对产酸相处理废水影响

4.6 本章小结

5 两相厌氧工艺污泥特性及生物群落结构特征

5.1 引言

5.2 实验材料与方法

5.3 两相系统中污泥形态

5.4 两相系统中微生物群落结构特征

5.5本章小结

6结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

6.3 创新点

致谢

参考文献

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