毛皮废水厌氧处理特征及IC反应器运行效能研究

摘要

毛皮生产废水成分复杂，加工过程中大量化料的使用使废水难降解性和毒性增加，而现有好氧生化处理流程长、污泥量大、能耗高。厌氧生物处理作为一种高效经济的治理手段目前在毛皮废水处理中尚未得到广泛应用，对其厌氧处理过程缺乏系统研究。 本论文以河北省某羊剪绒加工企业污水处理厂高挥发性脂肪酸（VFA）的毛皮废水为对象，通过实验室实验，研究了在毛皮废水厌氧处理过程中CODCr去除效果、BOD5/CODCr比值变化、VFA含量变化、以及pH和ORP等运行参数进行了详细检测，对不同温度下厌氧处理前后的污泥活性进行测定分析。在此基础上，采用IC反应器对毛皮废水的适宜性进行了中试研究，在运行过程中对有机物去除、氨氮、VFA、ALK、油脂等进行了持续检测，并使用高通量测序方法对不同处理时段颗粒污泥中的微生物群落进行动态追踪检测。 分别在20 ℃和35 ℃温度下对两个不同浓度的毛皮废水进行厌氧培养实验，考查了废水对厌氧处理的适应性。对废水的BOD5/CODCr值进行了测定，结果为0.72，且废水VFA中乙酸含量高于40%，对厌氧产甲烷较为有利，35 ℃温度下所产沼气中CH4比例高达54%，产沼气潜力约为360 mL/gCODCr。GPC结果显示出不同温度下进行厌氧处理，大分子物质均可能得到有效降解。对厌氧处理前后颗粒污泥活性结果表明，低温对污泥MLVSS/MLSS、污泥EPS形成和产甲烷活性均有明显的抑制作用，35 ℃条件下污泥MLVSS/MLSS、污泥EPS中蛋白质和多糖的含量均比20℃时较高，同时温度也对污泥中辅酶F420含量造成了明显影响。 在中温条件下，使用IC厌氧反应器对毛皮废水的适应性进行了为期60 d的现场中试探究实验。结果表明，供试废水能够适应IC反应器处理并能在5 d内启动达到稳定运行。在稳定运行阶段，当进水CODCr在3000 mg·L-1以下，使进水浓度稳定且保持预酸化度在45%左右时，VFA积累不明显，系统出水CODCr去除率稳定在55%左右。当进水CODCr大于3000 mg·L-1且波动较大时，VFA出现明显的积累，CODCr去除率平均可达50%。IC反应器稳定运行期间，VFA浓度维持在18 mmol/L~22 mmol/L之间；ALK浓度在13 mmol/L~18 mmol/L之间；出水pH在7.5~7.9范围内。整个运行期间， 废水中油脂去除率平均61.3%，对应的最佳停留时间为6 h，比现行水解酸化或好氧处理效率均有显著提高，反映出IC反应器对毛皮废水具有良好的适应性，厌氧颗粒污泥微生物能够适应毛皮废水水质。 采用16S rDNA高通量测序方法对IC反应器处理毛皮废水过程中污泥活性微生物菌群结构做了动态追踪。结果表明：IC反应器颗粒污泥里出现一定比例的Euryarchaeota，产甲烷菌较为活跃，且在运行过程中形成了特定的菌群结构，Bacteroidetes和Firmicutes所占比例较稳定，利于反应进行。相比水解酸化污泥，Proteobacteria所占比例大幅降低，推测IC反应器对该水质有显著的微生物净化作用。菌群丰度和群落多样性均先降低后逐渐升高并趋于稳定，聚类分析显示出微生物群落聚为2部分，IC反应器中微生物群落随着运行时间增加而发生演变直至最后趋于稳定。CCA显示出在反应过程中，对微生物群落结构影响显著的环境因子依次为温度、pH值和MLVSS/MLSS。 上述研究结果表明，IC厌氧反应器处理毛皮废水可以达到预期的处理效能，厌氧微生物体系的快速构建和稳定活性保证了IC反应器的稳定运行，中温条件是实际工程中保障高效的关键因素。

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摘 要

ABSTRACT

符号说明

1 绪论

1.1 引言

1.2 毛皮废水来源及特征

1.2.1 毛皮废水来源

1.2.2 毛皮废水特征

1.2.3 毛皮废水主要污染物及毒性

1.3 厌氧反应原理及IC反应器应用现状

1.3.1 厌氧反应原理

1.3.2 IC反应器在废水处理中的应用

1.4 IC反应器厌氧过程的影响因素

1.4.1厌氧颗粒污泥

1.4.2 影响反应器运行因素

1.5挥发性脂肪酸（VFA）对厌氧系统的影响

1.5.1 VFA对IC反应器的影响

1.5.2 VFA累积的原因及调控对策

1.6 本论文研究意义及研究内容

1.6.1 研究意义

1.6.2 研究内容

1.6.3 技术路线

2 不同温度对毛皮废水厌氧生物处理效能的影响

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.2.1 废水及颗粒污泥来源

2.2.2 实验装置及实验流程

2.2.3 实验设计及分析方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 污泥静置实验中不同温度对厌氧处理效能的影响

2.3.2 污泥振荡实验中不同温度对厌氧处理效能的影响

2.4 本章小结

3 不同温度对厌氧颗粒污泥活性的影响

3.1 引言

3.2 材料及方法

3.2.1 污泥样品及试剂

3.2.2 颗粒污泥产甲烷活性的测定

3.2.3 胞外多聚物（EPS）的提取与测定

3.2.4 辅酶F420的测定

3.3 结果与讨论

3.3.1 颗粒污泥浓度变化

3.3.2 胞外多聚物含量变化

3.3.3 污泥辅酶F420含量变化

3.4 本章小结

4 中温条件下IC反应器处理毛皮废水运行效能中试研究

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.2.1 废水来源及接种污泥

4.2.2 中试装置及实验流程

4.2.3 测定项目及分析方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 实验过程中CODCr与VFA值的变化

4.3.2 运行过程中进出水VFA/CODCr和CODCr去除率的变化

4.3.3 出水ALK/VFA与进出水碱度变化

4.3.4 进出水油脂含量变化

4.3.5 进出水NH3-N含量及色度变化

4.3.6 硫化物含量及变化

4.3.7 污泥浓度变化

4.3.8 最佳停留时间的确定

4.4 本章小结

5 IC反应器处理毛皮废水运行过程中微生物群落演替

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.2.1 测序污泥样品

5.2.2 分析项目与方法

5.2.3 微生物分析

5.3 结果与讨论

5.3.1 颗粒污泥性质

5.3.2 微生物分析

5.3.2 物种丰度分布

5.3.3 Alpha多样性分析

5.3.4 多样

5.3.5 PCoA主坐标分析

5.3.6不同工艺下污泥微生物群落结构对比

5.3.7 微生物群落结构与环境因子CCA分析

5.4 本章小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

6.3 创新点

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文

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