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厌氧折流板反应器中硫酸盐还原菌颗粒污泥处理含铜废水的研究

作　者: 许雅玲
导　师: 伍健东
学　校: 华南理工大学
专　业: 环境工程
关键词: ABR反应器硫酸盐还原菌颗粒污泥含铜废水重金属
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着经济的发展,各种废水的产生量大幅度上升,由此带来的环境污染问题日益严峻。以硫酸盐还原菌(Sulfate Reducing Bacteria ,简称SRB)为代表的厌氧微生物处理技术具有对污染物降解完全、处理成本低和不产生二次污染的特点,是一项极具发展潜力的污水处理技术。厌氧折流板反应器(Anaerobic Battled Reactor ,简称ABR)具有其独特的优势,设计简单、成本较低,截留污泥能力强,稳定性高,是一种高效的厌氧反应器。本文在分析了ABR反应器的研究与应用现状、硫酸盐还原菌处理重金属废水研究进展的基础上,较系统地对利用ABR反应器培养、驯化SRB颗粒污泥及处理含铜废水的性能进行了研究。利用实验室自制的ABR反应器,采用人工葡萄糖配水进行实验,分析了ABR反应器启动过程的运行特性及SRB颗粒污泥的特性,结果表明:35℃恒温条件下,在ABR反应器中直接接种厌氧颗粒污泥, 57天可完成启动,最高容积负荷可达4.9kgCOD/(m3·d),COD与SO42-去除率都稳定在91%以上;启动完成后,反应器中1#、2#格室颗粒污泥的VSS/TSS值比接种污泥的值大,颗粒污泥具有较高的生物活性和良好的沉淀性。接着,通过静态试验研究了在不同pH值、SO42-质量浓度、Cu2+质量浓度条件下系统比产甲烷活性的变化规律以及SRB颗粒污泥去除有机物、还原硫酸盐、去除Cu2+等的效果。结果表明:(1)当pH=6~8时,SRB颗粒污泥活性最高,SO42-的去除率最高达91.8%,COD去除率为83.2%~90.5%,SRB颗粒污泥对Cu2+的去除效率也达到最佳,去除率>91.6%。(2)当SO42-质量浓度为2000mg/L,COD与SO42-质量浓度的比值ω(COD)/ω(SO42-)=2时,SRB颗粒污泥的活性最高,此时系统比产甲烷活性为406.2mL/(g·d),SO42-和Cu2+去除率分别达到93.4%、97.1%,且Cu2+去除率与SO42-还原率呈正相关关系。(3)当Cu2+质量浓度为10 mg/L时,系统产甲烷量达到最大值,为58.3mL/h,COD去除率高达90.5 %,但SO42-最大去除率(91.9%)却出现在Cu2+浓度为8mg/L时;当溶液的Cu2+浓度低于35mg/L时,SRB颗粒污泥对Cu2+的去除效率基本稳定在98%以上。最后,研究了ABR反应器处理含铜废水的运行特性,结果表明:(1)在整个进水硫酸盐浓度调节阶段(即SO42-质量浓度由2000mg/L逐步降低到500mg/L,再逐步提到到2000mg/L),水中溶解性硫化物(DS)质量浓度在51~246mg/L的范围内波动,没有达到毒害厌氧微生物的浓度,而Cu2+去除率也始终保持在95.1%以上,SO42-去除率维持在83.1%～92.7%之间。(2)当水力停留时间(HRT)由初始状态的20h缩短至7h,COD容积负荷由4.8kgCOD/(m3·d)增加到13.7kgCOD/(m3·d),COD去除率、SO42-去除率、Cu2+的去除率、DS质量浓度均呈阶梯状下降。(3)随着进水Cu2+浓度的增加,厌氧系统对Cu2+的去除效率基本稳定在90%以上,出水SO42-浓度在266 ~562 mg/L之间;当Cu2+浓度增加到10mg/L时,COD去除率低至69%;ABR反应器1#格室内单位质量SRB颗粒污泥中总铜的量也随着运行时间不断增加,且SRB颗粒污泥中的重金属铜主要以有机质硫化态的形式存在。通过扫描电镜观察到,接种污泥表面高低不平,有些区域光滑,有些区域粗糙,颗粒污泥中的微生物形态较为单一,以杆菌为主,也有少量的球菌;启动结束后的颗粒污泥表面较为光滑,颗粒表面有较多孔穴,污泥中微生物含量更丰富,形态更多样,微生物分布比接种污泥更密集。但通入模拟含铜废水后,颗粒污泥的粒径也不断增大,表面高低不平,颗粒污泥的结构也越来越蓬松,在较强的水力冲击下,容易解体而被冲出反应器。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-12
第一章绪论  12-30
  1.1 ABR 反应器的研究与应用现状  12-18
  1.2 硫酸盐还原菌相关理论的研究现状  18-23
    1.2.1 硫酸盐还原菌及其分类  18-19
    1.2.2 硫酸盐还原菌的代谢机理  19-20
    1.2.3 硫酸盐还原菌对产甲烷菌的竞争性抑制  20-23
  1.3 硫酸盐还原菌处理重金属废水的研究进展  23-28
  1.4 本课题的研究目的及内容  28-29
    1.4.1 研究目的与意义  28-29
    1.4.2 研究内容  29
  1.5 本章小结  29-30
第二章试验装置与方法  30-37
  2.1 试验装置  30
  2.2 试验方法  30-31
    2.2.1 试验用水  30-31
    2.2.2 接种污泥  31
    2.2.3 工艺流程  31
  2.3 分析项目、方法和仪器  31-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章 ABR 反应器中SRB 颗粒污泥的培养与驯化  37-53
  3.1 ABR 反应器的启动  37
  3.2 启动试验结果与分析  37-45
    3.2.1 COD 的变化  37-40
    3.2.2 硫酸盐的变化  40-42
    3.2.3 出水pH 值及碱度的变化  42-44
    3.2.4 生物产气量  44-45
  3.3 SRB 颗粒污泥特性研究  45-51
    3.3.1 颗粒污泥的表观性状  46-49
    3.3.2 颗粒污泥的粒径分布  49-50
    3.3.3 VSS、SS、沉降速率的变化  50-51
  3.4 本章小结  51-53
第四章 SRB 颗粒污泥处理含铜废水的静态试验  53-69
  4.1 pH 值的影响  53-57
    4.1.1 材料与方法  53-54
    4.1.2 结果与讨论  54-57
  4.2 SO_4~(2-)浓度的影响  57-62
    4.2.1 材料与方法  57-58
    4.2.2 结果与讨论  58-62
  4.3 Cu~(2+)浓度的影响  62-68
    4.3.1 材料与方法  62
    4.3.2 结果与讨论  62-68
  4.4 本章小结  68-69
第五章 ABR 反应器中SRB 颗粒污泥处理含铜废水的特性研究  69-83
  5.1 SO_4~(2-)浓度的影响  69-72
    5.1.1 SO_4~(2-)浓度对COD 去除率的影响  69-70
    5.1.2 SO_4~(2-)浓度对硫酸盐还原率的影响  70-71
    5.1.3 SO_4~(2-)浓度对Cu~(2+)去除率的影响  71-72
  5.2 HRT 的影响  72-74
    5.2.1 HRT 对有机物去除效果的影响  72
    5.2.2 HRT 对硫酸盐还原效果的影响  72-74
    5.2.3 HRT 对Cu~(2+)去除效果的影响  74
  5.3 Cu~(2+)浓度的影响  74-76
    5.3.1 不同Cu~(2+)浓度下ABR 反应器去除有机物的效果  74-75
    5.3.2 不同Cu~(2+)浓度下ABR 反应器还原硫酸盐的效果  75
    5.3.3 不同Cu~(2+)浓度下ABR 反应器去除Cu~(2+)的效果  75-76
  5.4 SRB 颗粒污泥中铜的化学形态分析  76-79
  5.5 SRB 颗粒污泥成长机理探讨  79-81
  5.6 本章小结  81-83
结论  83-86
参考文献  86-93
攻读硕士学位期间取得的研究成果  93-94
致谢  94

厌氧折流板反应器中硫酸盐还原菌颗粒污泥处理含铜废水的研究

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