竹炭颗粒强化AnMBR工艺处理高浓度竹制品废水研究

摘要

近年来，我国竹制品行业蓬勃发展，其加工过程产生的大量竹制品废水具有COD浓度与色度高、污染组成复杂等特点，为此研发稳定高效适用的竹制品废水处理工艺技术意义重大。厌氧膜生物反应器（AnMBR）具有高效降解有机物、能源回收利用等特点，逐渐应用于高浓度有机废水处理领域，但其稳定性较差、膜污染严重等问题制约其工业化应用。论文以高浓度竹制品废水为处理对象，研发高效稳定的AnMBR强化工艺，应用X-射线能谱分析(SEM-EDX)、三维荧光光谱(3D-EEM)、共聚焦显微镜(CLSM)、高通量测序等技术手段，开展投加竹炭颗粒强化AnMBR工艺性能、碱度对AnMBR工艺的影响、厌氧膜污染特性及竹炭减缓膜污染机制、厌氧颗粒与膜垢微生物菌群结构解析等研究，取得如下研究成果:
　　1、以AnMBR为研究平台，竹制品废水为处理对象，研究投加竹炭颗粒对AnMBR工艺污染物去除、污泥颗粒化、产气量及气体组成等的影响发现，投加竹炭颗粒的B-AnMBR反应器污染物去除性能显著提升，COD、氨氮去除率分别达94.5±2.9％、75.7±2.1％，平均污泥浓度增至25.3 g/L，厌氧污泥颗粒化程度得到提高。研究还发现，处理高浓度竹制品废水过程两组AnMBR反应器均未发生酸化，相比而言B-AnMBR反应器的ORP与出水VFA值更低，系统运行性能与产气能力更为稳定，其产气量、甲烷产率分别高达13.2±1.2 L/d、0.25 LCH4/gCOD。
　　2、研究不同进水碱度对AnMBR工艺pH、COD去除率、产甲烷能力等影响发现，进水碱度由4328 mg/L降至549mg/L时，两组AnMBR反应器的出水pH仍保持在7.5以上，系统运行性能良好。与对照组相比，B-AnMBR的COD去除率稳定在89.2％，产气量、甲烷产率略有增加，分别达14.03 L/d、0.32 LCH4/gCOD。推测投加竹炭颗粒后AnMBR工艺每消耗1 gCOD产生0.19-0.27 g碱度，高于对照组的0.18-0.24 g，有效提升AnMBR工艺性能与稳定性。
　　3、研究竹炭投加对AnMBR工艺膜组件性能的影响发现，B-AnMBR运行期间膜通量显著高于AnMBR(p＜0.05)，至反应器停止运行时B-AnMBR膜阻为8.41×1012m-1，低于AnMBR的5.23×1012 m-1(p＜0.01)，膜清洗后B-AnMBR膜通量恢复较好、使用寿命延长。应用SEM-EDX、CLSM等技术分析膜表面结构发现，投加竹炭颗粒的B-AnMBR体系中溶解性微生物产物(SMP)含量降低，形成的膜垢松散、多孔，易引起膜污染的Ca、Al、Si、Fe等金属元素以及蛋白、多糖含量明显下降，表明竹炭的投加可有效减缓膜孔堵塞、增加膜通量。
　　4、应用高通量测序等分子生物学手段分析AnMBR反应器污泥与膜垢微生物菌群结构演变发现，投加竹炭后厌氧生物反应器的污泥微生物菌群多样性得到提高，Methanosaeta、Methanospirillum、Methanobacterium等产甲烷菌群得到富集。分析膜垢菌群结构发现，竹炭的投加抑制了Bacteroidetes、OP11等产EPS菌在膜表面的富集。综合分析认为，竹炭颗粒通过吸附、成核等途径增强污染物去除与污泥颗粒化，进而优化污泥菌群结构、降低反应体系SMP含量，有效改善膜垢优势菌群与表面结构，最终实现AnMBR工艺性能提升与膜污染有效控制。

目录

声明

论文说明

致谢

摘要

第1章 文献综述

1．1 前言

1．2 竹制品废水处理研究进展

1．3 AnMBR工艺及应用

1．4 填料投加强化AnMBR性能

1．4．1 工艺性能强化

1．4．2 工艺强化机制

1．4．3 膜污染及其控制

1．5 研究目的、意义与主要内容

1．5．1 研究目的与意义

1．5．2 主要研究内容

1．5．3 技术路线

第2章 竹炭颗粒投加强化AnMBR工艺性能

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 反应装置与运行

2．2．2 竹制品废水水质

2．2．3 实验方法

2．2．4 分析方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 COD、NH4-+N去除性能影响

2．3．2 pH、VFA变化情况

2．3．3 污泥特性变化

2．3．4 体系ORP

2．3．5 气体产量与组成

2．4 本章小结

第3章 碱度对AnMBR工艺性能的影响

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验试剂

3．2．2 分析方法

3．3 结果与讨论

3．4 本章小结

第4章 厌氧膜污染特性及减缓途径分析

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验装置及试剂

4．2．2 分析方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 膜污染特性

4．3．2 SMP和EPS变化情况

4．3．3 批次试验

4．3．4 SEM-EDX分析

4．3．5 CLSM分析

4．4 本章小结

第5章 厌氧颗粒污泥与膜垢群落结构解析

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 厌氧颗粒污泥菌群结构分析

5．3．2 膜垢及炭表面微生物群落结构演替

5．3．3 竹炭强化工艺性能及减缓膜污染机制

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 论文的主要结论

6．2 论文的创新性

6．3 论文的不足与展望

参考文献

硕士期间发表论文情况

硕士期间申请专利情况

硕士期间获奖情况：