生物強化膜生物反應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)強化膜生物反應器(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。通過揭示反應器宏觀特性和微觀結構之間的內在關系為實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)處理溴氨酸進行了研究，考察了馴化期、穩(wěn)定運行期、預生物強化期三個階段的特性。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)中蛋白質和多糖濃度則有所升高；馴化期結束后，活性污泥對溴氨酸的脫色率和COD去除率分別達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)動態(tài)變化，生物多樣性下降。在穩(wěn)定運行期，當進水濃度增加后，

3、出現(xiàn)黃色產物，導致脫色率下降。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。在此基礎上，投加菌株QYY進行預強化，結果表明投菌后在進水負荷增加的條件下，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，但是運行一段時間后即恢復到投菌前水平。通過RISA進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構造成較大影響。 考察了生物強化連續(xù)式MBR的啟動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)和群落結構的影響。結果表明采用生物強化可以使MBR迅速啟動并穩(wěn)定運行。在啟動期，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)定在一個較低的水平上；EPS中蛋白和多糖含量略有上升；啟動期末，膜出水脫色率可達90％以上，COD去除率可達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時可以達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，菌群微觀結構發(fā)生動態(tài)變化，其變化可以很好的解釋系統(tǒng)相應的宏觀特性的變化。 通過對連續(xù)運行的降解機理分析，針對連續(xù)運行產物易聚合的缺點，提出了更合理的間歇運行模式。生物強化間歇式MBR(SMBR)也可以很快啟動

6、成功并穩(wěn)定運行。在增加進水溴氨酸濃度為350mg/L的情況下，上清液和膜出水脫色率仍能達到90％以上，且未發(fā)現(xiàn)黃色出水產物；上清液和膜出水的COD去除率也能分別達到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進行群落分析表明生物強化間歇式MBR從啟動到穩(wěn)定運行，系統(tǒng)群落發(fā)生巨大變化，變化趨勢和連續(xù)運行模式下相似。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-質譜等手段對生物強化MBR降解溴氨酸的機理進行了研究，發(fā)現(xiàn)菌群較純菌降解溴氨酸機理更復雜。間歇運行模式和連續(xù)運行模式下進水溴氨酸濃度較低時，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)物質和其他小分子物質；但是在連續(xù)運行模式下進水溴氨酸濃度較高時，推測上述產物易發(fā)生聚合。 對出水產物進行后處理，發(fā)現(xiàn)臭氧-光催化(TiO2/UV/