生物強(qiáng)化膜生物反應(yīng)器處理溴氨酸廢水的研究.pdf

1、本論文的研究目的是考察用一株鞘氨醇單胞菌(sphingomonasxenophagaQYY)強(qiáng)化膜生物反應(yīng)器(Membranebioreactor，MBR)處理溴氨酸廢水的降解特性、污泥特性、菌群生理狀態(tài)和群落變化，并推測該系統(tǒng)降解溴氨酸的途徑。通過揭示反應(yīng)器宏觀特性和微觀結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在關(guān)系為實(shí)際廢水處理提供理論依據(jù)。 對活性污泥連續(xù)式MBR系統(tǒng)處理溴氨酸進(jìn)行了研究，考察了馴化期、穩(wěn)定運(yùn)行期、預(yù)生物強(qiáng)化期三個(gè)階段的特性。發(fā)現(xiàn)馴

2、化過程中，活性污泥濃度下降；脫氫酶活性下降并保持在較低的水平；胞外聚合物(ExtracellularPolymericSubstances，EPS)中蛋白質(zhì)和多糖濃度則有所升高；馴化期結(jié)束后，活性污泥對溴氨酸的脫色率和COD去除率分別達(dá)90％和50％以上。核糖體基因間隔序列分析(RibosomalIntergenicSequenceAnalysis，RISA)顯示活性污泥群落呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，生物多樣性下降。在穩(wěn)定運(yùn)行期，當(dāng)進(jìn)水濃度增加后，

3、出現(xiàn)黃色產(chǎn)物，導(dǎo)致脫色率下降。上清液和膜出水的脫色率分別約為50％和65％，相應(yīng)的COD去除率分別約為25％和50％。脫氫酶活性和EPS濃度均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。在此基礎(chǔ)上，投加菌株QYY進(jìn)行預(yù)強(qiáng)化，結(jié)果表明投菌后在進(jìn)水負(fù)荷增加的條件下，上清液和膜出水的溴氨酸脫色率、COD去除率同投菌前基本保持一致；脫氫酶活性和胞外聚合物濃度略有波動(dòng)，但是運(yùn)行一段時(shí)間后即恢復(fù)到投菌前水平。通過RISA進(jìn)行群落分析推測菌株QYY和原系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌為同

4、種，可以在系統(tǒng)中穩(wěn)定存在，并且不對原始菌群結(jié)構(gòu)造成較大影響。 考察了生物強(qiáng)化連續(xù)式MBR的啟動(dòng)期特性及不同操作參數(shù)對降解特性、污泥特性、菌群生理狀態(tài)和群落結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明采用生物強(qiáng)化可以使MBR迅速啟動(dòng)并穩(wěn)定運(yùn)行。在啟動(dòng)期，污泥濃度下降；沉降性和絮凝性變好；脫氫酶活性下降并穩(wěn)定在一個(gè)較低的水平上；EPS中蛋白和多糖含量略有上升；啟動(dòng)期末，膜出水脫色率可達(dá)90％以上，COD去除率可達(dá)60％左右。RISA指紋分析表明污泥系統(tǒng)多

5、樣性減少，形成了降解溴氨酸的功能群落。通過考察不同參數(shù)的影響得出：在溴氨酸濃度350mg/L，不控溫，曝氣量0.8L/min，HRT14.5h，pH=7時(shí)可以達(dá)到較好的處理效果和較低的能耗。RISA表明隨著這些參數(shù)的變化，菌群微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，其變化可以很好的解釋系統(tǒng)相應(yīng)的宏觀特性的變化。 通過對連續(xù)運(yùn)行的降解機(jī)理分析，針對連續(xù)運(yùn)行產(chǎn)物易聚合的缺點(diǎn)，提出了更合理的間歇運(yùn)行模式。生物強(qiáng)化間歇式MBR(SMBR)也可以很快啟動(dòng)

6、成功并穩(wěn)定運(yùn)行。在增加進(jìn)水溴氨酸濃度為350mg/L的情況下，上清液和膜出水脫色率仍能達(dá)到90％以上，且未發(fā)現(xiàn)黃色出水產(chǎn)物；上清液和膜出水的COD去除率也能分別達(dá)到52％和62％左右；脫氫酶活性下降并維持在一定水平；EPS呈逐漸上升并趨于穩(wěn)定；沉降性能和絮凝性能均逐漸變好。采用RISA進(jìn)行群落分析表明生物強(qiáng)化間歇式MBR從啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)群落發(fā)生巨大變化，變化趨勢和連續(xù)運(yùn)行模式下相似。形成的溴氨酸降解功能菌群多樣性下降。

7、利用紫外可見光譜、液相色譜-質(zhì)譜等手段對生物強(qiáng)化MBR降解溴氨酸的機(jī)理進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)菌群較純菌降解溴氨酸機(jī)理更復(fù)雜。間歇運(yùn)行模式和連續(xù)運(yùn)行模式下進(jìn)水溴氨酸濃度較低時(shí)，溴氨酸在菌群的作用下首先發(fā)生羥化和開環(huán)，然后不含取代基的一端完全被礦化，生成帶氨基(或羥胺)、羥基、磺酸基、溴的苯環(huán)物質(zhì)和其他小分子物質(zhì)；但是在連續(xù)運(yùn)行模式下進(jìn)水溴氨酸濃度較高時(shí)，推測上述產(chǎn)物易發(fā)生聚合。 對出水產(chǎn)物進(jìn)行后處理，發(fā)現(xiàn)臭氧-光催化(TiO2/UV/