基于大豆深加工废水厌氧出水的连续化好氧-厌氧耦合处理工艺研究

摘要

针对传统活性污泥法处理大豆深加工废水厌氧出水处理效率低，剩余污泥产生量大后续处理成本较高的问题。本论文构建了由MBBR和AAC反应器组成的连续化好氧-厌氧耦合工艺(Continuous Aerobic-anaerobic Coupled process，CAAC)对大豆深加工废水厌氧出水进行处理，获得了较好的有机物污染物去除性能和同步剩余污泥减量特性。研究结果如下：
　　 通过对大豆深加工废水厌氧出水的GC-MS分析，共检测出有机物53种，其中可信度在70％以上的共有29种，在这些组分中易降解的有机物占82％以上，BOD5/COD的比值为0.72，该废水具有较好的生化可降解特性，可以通过生物法进行处理。
　　 初期构建的CAAC运行结果表明，在HRT≥1.3天时，COD去除率为95％，且具有一定的抗冲击负荷能力。出水MLSS低于15mg/L，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002的一级B类排放要求，无需设置二沉池便可直接排放。表观产泥系数为0.1571，仅为文献报道的表观产泥系数0.4～0.6的31.4％，可以在去除废水中有机污染物的同时实现剩余污泥的减量化。
　　 对CAAC工艺进行优化改进后，重新设计的反应器解决了初始工艺在运行过程中出现的问题，进水COD浓度1400-1600 mg/L、TN浓度50 mg/L，回流比30％时，出水COD达83.4 mg/L，去除率94.4％，TN浓度12.0m/L，去除率76.0％，回流后CAAC工艺强化了对氮的去除，TN去除率提高了25.9％，NH4-N去除效果提高了2.5倍，废水处理效率提高了23.1％。运行160天后，表观污泥产率分别为0.1738。优化改进后的CAAC工艺强化了对COD和氮的去除，同步污泥减量化效果显著。出水MLSS均低于城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002一级A标准，其工业应用的好处在于不需要设置二沉池便可直接排放，减少了水处理设备的占地面积。
　　 通过对改进CAAC工艺各个区域污泥浓度，严格好氧微生物的数量，可溶性组分的变化和污泥形态学的考察，解析CAAC的污泥减量特性。污泥中的严格好氧微生物从1区到2区后数量从3.875×107CFU/mL减少为2.575×107 CFU/mL，4区仅为8.5×104CFU/mL。2区COD为425.3 mg/L，蛋白质浓度为24.3μg/mL，蛋白酶活为3.89μ/mL，均为3个区域中的最高。维持代谢，隐性增长以及原生动物的捕食效应是CAAC工艺可以实现同步污泥减量化的原因。
　　 针对大豆深加工废水中的特征污染物，筛选得到高效好氧COD降解微生物21株，其中5株去除率在60％以上，复配后24 h对原水的降解速率可以达到79.8％。筛选得到聚磷菌22株，其中P3，P10，P11聚磷效率在65％以上。富集得到的硝化污泥在氨氮容积负荷为250 g.m-3.d-1时的去除率可以达98％。这些分离和富集得到的优势菌株和污泥可以作为生物强化剂提高对废水中特征污染物的去除。

目录

文摘

英文文摘

前 言

第一章 文献综述

1.1 大豆深加工废水的产生

1.1.1 传统豆制品废水

1.1.2 新兴豆制品废水

1.2 大豆深加工废水的处理方法

1.2.1 直接生物法处理

1.2.2 资源化利用

1.3 废水厌氧处理研究进展

1.3.1 UASB反应器

1.3.2 膨胀颗粒污泥床(EGSB)

1.3.3 内循环(IC)厌氧反应器

1.3.4 厌氧折流板反应器(ABR)

1.3.5 厌氧生物滤池

1.4 厌氧出水处理研究进展

1.4.1 活性污泥法

1.4.2 好氧生物膜法

1.5 剩余污泥的产生及处理现状

1.5.1 剩余污泥的产生

1.5.2 剩余污泥的处理现状

1.6 污泥减量化机理及处理工艺

1.6.1 隐性生长

1.6.2 代谢解偶联技术

1.6.3 维持代谢

1.6.4 捕食效应

1.7 论文研究的目的与意义

第二章 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 实验用水

2.1.2 接种污泥

2.2.3 载体、药品和仪器

2.2.4 培养基

2.2 方法

2.2.1 化学需氧量(COD)测定

2.2.2 生化需氧量(BOD5)测定

2.2.3 总氮(TN)测定

2.2.4 亚硝态氮(NO2-N)测定

2.2.5 硝态氮(NO3-N)测定

2.2.6 氨态氮NH4-N)测定

2.2.7 总磷(TP)测定

2.2.8 污泥浓度(MLSS)的分析方法

2.2.9 溶氧(DO)的测定

2.2.10 pH/ORP的测定

2.2.11 废水中可溶性蛋白含量测定

2.2.12 GC-MS条件

2.2.13 脲酶活性测定

第三章 CAAC工艺处理大豆深加工废水厌氧出水的运行效果

引言

3.1 大豆深加工废水厌氧出水水质分析及其可生化性评价

3.1.1 常规指标分析

3.1.2 大豆深加工废水厌氧出水GC-MS分析

3.1.3 大豆深加工废水厌氧出水可生化性评价

3.2 CAAC工艺的构建与功能分析

3.2.1 CAAC工艺构建

3.2.2 工艺流程

3.2.3 CAAC工艺功能分析

3.3 CAAC工艺启动

3.4 CAAC工艺运行效果

3.4.1 反应器运行参数控制

3.4.2 CAAC对COD的去除

3.4.3 CAAC脱氮研究

3.4.4 CAAC除磷研究

3.5 CAAC工艺污泥产生情况

3.6 小 结

第四章 CAAC工艺优化及关键控制点分析

引言

4.1 CAAC工艺改进

4.1.1 MBBR段的改进

4.1.2 AAC段的改进

4.2 大豆深加工废水处理的生物强化研究

4.2.1 高效COD好氧降解菌的分离筛选

4.2.2 聚磷菌的分离筛选

4.2.3 硝化污泥的富集培养

4.3 反应器优化后的运行效果

4.3.1 启 动

4.3.2 运行参数

4.3.3 有机物去除特性

4.3.4 对氮的去除

4.3.5 反应器内pH、DO、以及ORP的分布

4.3.6 出水MLSS情况

4.3.7 改进后CAAC剩余污泥产生情况

4.3.8 MBBR段基质降解动力学研究

4.4 原水处理实验

4.5 CAAC工艺关键控制分析

4.5.1 出水COD和的控制

4.5.2 出水总氮和氨氮的控制

4.5.3 出水MLSS的控制

4.6 小 结

第五章 CAAC工艺污泥减量化特性解析

引言

5.1 各区域严格好氧微生物数量变化

5.2 反应器各区域可溶性组分

5.2.1 各区域COD的变化

5.2.2 蛋白质浓度变化

5.2.3 各区域NH4-N的变化

5.2.4 各区域总磷的变化

5.3 各区域酶活分析

5.3.1 蛋白酶活性分析

5.3.2 脲酶活性分析

5.4 各区域污泥微生物形态学观察

5.5 小 结

第六章 结论与展望

6.1 结 论

6.2 展 望

参考文献

致谢

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