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乳制品废水主要含有糖类、脂肪、蛋白质等有机物,除此之外,具有有机氮含量高、可生化性好、易发生污泥膨胀等特点,处理不当会对环境造成一定的危害。复合式厌氧折流板反应器(Hybrid Anaerobic Baffled Reactor,HABR)与多段式生物接触氧化工艺(Multi-Stage Active Biological Process,MSABP)均具有处理效率高、抗冲击性强、产泥量少、造价低等特点,分别被视为高浓度有机废水与含氮废水的有效处理手段。本课题以乳制品模拟废水为研究对象,采用HABR与MSABP相结合的处理手段进行实验研究。
实验采取人工模拟配置乳制品废水对HABR反应器与MSABP反应器单独启动及梯度驯化,分别探究启动过程中降解能力、pH下限、蛋白质、氨氮等指标变化。反应器单独启动成功后,将两个反应器进行耦合启动,探究了串联系统的整体启动效能、pH及挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acid,VFA)的变化关系、各隔室处理效能。从HABR单独启动过程发现,乳制品废水易酸化,须对系统酸碱度进行监控;MSABP反应器对处理低浓度乳制品废水更有优势。联合启动过程中,当进水有机负荷为8kg COD/(m3·d),温度为30℃,水力停留时间(Hydraulic Retention Time,HRT)为24h,HABR反应器去除率为90.44%,MSABP反应器去除率为98.76%,反应器启动成功并稳定运行。在厌氧环境下,乳制品废水中蛋白质会分解产生大量氨氮,致使废水中浓度升高,有机物浓度太高将会抑制NH4+-N的去除与转化。
在启动成功基础上,探讨温度、HRT、pH等单因素对联合系统的运行影响。当温度为30℃、HRT为24h、pH为6-7时,HABR反应器COD去除率稳定在86.38%左右、NH4+-N去除率为98.81%左右。实验证明系统对于处理高浓度乳制品废水是高效的,HABR反应器对于处理高浓度乳制品废水具有一定优势。在一定温度范围内,温度的升高会促进有机物的降解,HRT越长,有机物降解越充分,相对比前两者因素,pH对系统处理效果影响较小。根据中心组合实验设计原理对反应器运行参数进行了优化,得到了反应器最佳运行参数为T=32.5℃、HRT=17.4h、pH=6.71,在此条件下COD去除率为81.29%,NH4+-N去除率为75.71%,TN去除率为60.08%。
利用高通量测序技术对相同进水条件下不同隔室的污泥进行菌群结构分析,探究HABR反应器1、4、7隔室及MSABP反应器1、4、6、8隔室微生物群落结构组成及厌氧进入好氧菌种结构变化。研究结果表明,HABR反应器中的主要含有具有降解有机物作用的拟杆菌门、厚壁菌门等,MSABP反应器后端隔室新增了变形菌门和螺旋菌门,且比例较高。证明进水浓度的不同将会导致各隔室微生物菌群群落成分的差异。厌氧与好氧环境的不同也将导致菌群群落结构发生改变。实验结果证明,HABR反应器主要起到降解大分子有机物的作用,MSABP反应器前端继续进行有机物降解,后端隔室进行NH4+-N降解和转化。
最后,对各隔室污泥形态及产泥量进行探究,并从碳平衡的角度对系统减泥量进行简要分析。从各隔室电镜扫描图看,系统内微生物菌群群落形态较为丰富,含有杆菌、球菌、丝状菌,说明系统启动成功,运行状态良好。运行稳定后,各隔室污泥活性随着进水推移呈递减状态,最终出水SS维持在0.5-5mg/L,出水清澈,证明系统具有自身污泥减量的功能,产泥量较小。
实验采取人工模拟配置乳制品废水对HABR反应器与MSABP反应器单独启动及梯度驯化,分别探究启动过程中降解能力、pH下限、蛋白质、氨氮等指标变化。反应器单独启动成功后,将两个反应器进行耦合启动,探究了串联系统的整体启动效能、pH及挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acid,VFA)的变化关系、各隔室处理效能。从HABR单独启动过程发现,乳制品废水易酸化,须对系统酸碱度进行监控;MSABP反应器对处理低浓度乳制品废水更有优势。联合启动过程中,当进水有机负荷为8kg COD/(m3·d),温度为30℃,水力停留时间(Hydraulic Retention Time,HRT)为24h,HABR反应器去除率为90.44%,MSABP反应器去除率为98.76%,反应器启动成功并稳定运行。在厌氧环境下,乳制品废水中蛋白质会分解产生大量氨氮,致使废水中浓度升高,有机物浓度太高将会抑制NH4+-N的去除与转化。
在启动成功基础上,探讨温度、HRT、pH等单因素对联合系统的运行影响。当温度为30℃、HRT为24h、pH为6-7时,HABR反应器COD去除率稳定在86.38%左右、NH4+-N去除率为98.81%左右。实验证明系统对于处理高浓度乳制品废水是高效的,HABR反应器对于处理高浓度乳制品废水具有一定优势。在一定温度范围内,温度的升高会促进有机物的降解,HRT越长,有机物降解越充分,相对比前两者因素,pH对系统处理效果影响较小。根据中心组合实验设计原理对反应器运行参数进行了优化,得到了反应器最佳运行参数为T=32.5℃、HRT=17.4h、pH=6.71,在此条件下COD去除率为81.29%,NH4+-N去除率为75.71%,TN去除率为60.08%。
利用高通量测序技术对相同进水条件下不同隔室的污泥进行菌群结构分析,探究HABR反应器1、4、7隔室及MSABP反应器1、4、6、8隔室微生物群落结构组成及厌氧进入好氧菌种结构变化。研究结果表明,HABR反应器中的主要含有具有降解有机物作用的拟杆菌门、厚壁菌门等,MSABP反应器后端隔室新增了变形菌门和螺旋菌门,且比例较高。证明进水浓度的不同将会导致各隔室微生物菌群群落成分的差异。厌氧与好氧环境的不同也将导致菌群群落结构发生改变。实验结果证明,HABR反应器主要起到降解大分子有机物的作用,MSABP反应器前端继续进行有机物降解,后端隔室进行NH4+-N降解和转化。
最后,对各隔室污泥形态及产泥量进行探究,并从碳平衡的角度对系统减泥量进行简要分析。从各隔室电镜扫描图看,系统内微生物菌群群落形态较为丰富,含有杆菌、球菌、丝状菌,说明系统启动成功,运行状态良好。运行稳定后,各隔室污泥活性随着进水推移呈递减状态,最终出水SS维持在0.5-5mg/L,出水清澈,证明系统具有自身污泥减量的功能,产泥量较小。