温度和共代谢基质对好氧颗粒污泥处理纤维素乙醇废水效能的研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:cgz1987
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随着对燃料乙醇需求的快速增长,能源问题成为世界日益突出的关键性问题。以粮食为燃料生产乙醇的发展受到了极大的限制。燃料乙醇虽然可以带来好的社会和经济效益,但是其产生的废水处理问题也尤为突出。纤维素乙醇废水是一种较难处理的高浓度有机废水,如不经处理直接排放会对环境造成严重的污染。目前,已有学者采用预处理后增加厌氧处理的工艺来降低和去除纤维素乙醇废水中部分有毒有害的有机物,虽然提高了废水的可生化,但是出水仍然不能达到排放标准,所以还需要采用好氧工艺进一步对厌氧出水进行处理,这样通过好氧处理后才能大幅度降低废水中未能被去除的有机物。因此,探究此类废水经济高效的处理方法,对今后此类工厂的排水能够达标具有重要意义。本试验研究了基于纤维素乙醇废水的好氧颗粒污泥的启动以及温度和共代谢作用对好氧颗粒污泥处理纤维素乙醇废水脱氮效能的影响。首先,利用人工模拟纤维素乙醇废水经IC厌氧工艺后的出水浓度来启动好氧颗粒污泥系统,以期达到良好的脱除氮和COD目的。研究发现,利用模拟纤维素乙醇废水可以成功启动好氧颗粒污泥系统,培养成功的好氧颗粒污泥具有良好的性能。颗粒污泥粒径在(0.40.8)mm的范围内占主导地位,所占比例为89.8%。污泥结构紧实,其完整系数为99.5%。同时颗粒污泥具有良好的沉降性能。对COD的去除率达到97.6%99.8%,氨氮去除率为74.5%。在典型周期内NO3--N和NO2--N始终没有积累,说明体系进行的是典型的同步硝化反硝化作用。采用三个相同的SBR反应器,分别控制温度为10℃、20℃和30℃。通过逐渐增加稀释实际纤维素乙醇废水比例(5%、10%、15%)驯化培养成功的具有良好性能的好氧颗粒污泥。结果表明,随着进水COD浓度的升高,COD去除率的波动不大。同时发现COD去除率随着温度的升高而增加,驯化结束时10℃、20℃和30℃下体系COD的去除率分别为67.1%、74.9%、79.8%。由于废水中存在大量难降解的COD,因此三个温度下COD去除率均低于80.0%。NH4+-N去除率随着温度的升高而增加,其中10℃时NH4+-N去除率急剧降低,同时NO3--N出水比20℃和30℃时高,说明硝化菌受到的抑制较反硝化菌受到的抑制强。采用实际纤维素乙醇废水经IC厌氧工艺后的出水进行试验。10℃、20℃和30℃条件下系统对废水中有机物的去除效果均低于15%,可见体系对此废水中有机物的利用率并不高,废水中缺少可被微生物利用的碳源。温度对脱氮效果影响较大,30℃下NH4+-N去除率达到60.9%,分别是10℃和20℃时的2.0和1.3倍。由于纤维素乙醇废水难以满足系统反硝化作用对碳源的需求,进而推测体系污泥中存在内碳源反硝化作用,而且随着温度的升高,内碳源反硝化作用增强。结果表明,温度升高不仅提高了硝化菌活性,还促进了内碳源反硝化作用,进而提高了对氮素的脱除。最后采用四个相同的SBR反应器,其中一个不投加共代谢基质(空白),另外三个反应器中分别投加葡萄糖、乙酸和乙醇作为共代谢基质,采用100%纤维素乙醇废水厌氧出水作为试验用水。对废水中COD的去除率分别为18.9%、28.9%和28.0%,说明三种共代谢基质都能够促进微生物对此厌氧出水中难降解物质的降解。投加葡萄糖、乙酸、乙醇为共代谢基质时对TN的去除率分别为空白的1.4、1.8和1.6倍,说明乙酸对反硝化菌的促进作用最强,葡萄糖最差。投加乙酸反应器内菌体代谢和增长速率较投加葡萄糖和乙醇时强。投加乙酸的体系颗粒污泥活内有机质含量更高。投加乙酸体系颗粒污泥内部孔道最大,乙醇次之,葡萄糖最小。投加乙酸后体系脱氮效率最高,投加的基质被反硝化菌有效的利用,因此使产N2率最高,内部孔道较大。共代谢基质投加后颗粒污泥内部AOB分别比例多于NOB,其中三种共代谢基质下AOB分别占全菌的比例大小为:乙酸>乙醇>葡萄糖。投加乙酸后AOB分布比例更高,说明乙酸作为共代谢基质更有促进对NO2--N的利用速率。
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