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盐藻生物膜光生物反应器及其串联工艺处理模拟榨菜废水的性能研究

盐藻生物膜光生物反应器及其串联工艺处理模拟榨菜废水的性能研究

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作者：江鑫重庆大学

学位级别：硕士

食品加工、皮革、纺织、医药、石化等行业会产生大量的含盐废水,其高盐环境会抑制微生物的正常生长,导致传统生物处理技术在处理含盐废水时存在稳定性差、效能低下、成本较高等弊端。重庆市涪陵区是目前中国榨菜产量最高的地区,榨菜废... 详细信息

食品加工、皮革、纺织、医药、石化等行业会产生大量的含盐废水,其高盐环境会抑制微生物的正常生长,导致传统生物处理技术在处理含盐废水时存在稳定性差、效能低下、成本较高等弊端。重庆市涪陵区是目前中国榨菜产量最高的地区,榨菜废水等含盐废水的年排放量增长迅速,开发适用于含盐废水的高效低耗且可回收资源的生物处理方法尤为重要。杜氏盐藻具有一定的盐度耐受能力,且具有回收价值,探索利用杜氏盐藻处理榨菜废水具有积极的意义。论文开展了杜氏盐藻生长的单因素影响实验,考察了盐度、氮磷元素浓度、碳源浓度、光照强度等对杜氏盐藻生长的影响,筛选利于盐藻反应器运行的参数。启动移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor,MBBR)用于预处理模拟榨菜废水,考察了 MBBR对有机物、氮、磷的去除性能,并控制出水水质以利于盐藻反应器的运行。启动盐藻生物膜光生物反应器(Microalgae Biofilm Photobioreactor,MBPBR),考察了对氮磷的去除性能、反应器中的生物量变化以及盐藻生物膜的理化性质,分析了微生物多样性,对反应器进行了氮磷元素的衡算。采用MBBR-MBPBR串联工艺处理榨菜废水具有潜在的应用价值,论文研究成果可为应用杜氏盐藻处理榨菜废水提供理论依据和技术支持。本文获得以下主要结论:①杜氏盐藻生长的适宜盐度为1～3%,盐度增加至5%可抑制杜氏盐藻生长。氨氮会抑制杜氏盐藻的生长,但浓度低于1mg/L时不会产生明显抑制。杜氏盐藻在NO3--N、PO43--P分别小于200 mg/L、100 mg/L条件下的生长速率相似,适宜的氮磷浓度范围较大,高浓度氮磷对杜氏盐藻的生长没有产生抑制。适宜杜氏盐藻生长的最佳HCO3-浓度为1200 mg/L(以C计),进一步提高HCO3-浓度会明显抑制杜氏盐藻生长。在小于200 mg/L范围内,提高葡萄糖浓度可促进杜氏盐藻的生长。当光照强度低于300 μmol/(m2·s)时,提高光照强度可促进杜氏盐藻的生长。杜氏盐藻细胞干重中的氮元素质量占比为11.59%,磷元素质量占比为3.82%,氮磷元素的质量比为3.03。②在盐度为1.6%、HRT(Hydraulic Retention Time)为 12 h、DO(Dissolved Oxygen)浓度为2.04～2.32 mg/L的条件下,MBBR实现了良好的运行性能。COD去除率超过80%,出水浓度为77.64±5.98 mg/L。氨氮接近完全去除,出水浓度低于1 mg/L。通过同步硝化反硝化,反应器的TN去除率接近60%,出水以NO3--N为主,NO3--N浓度为88.79±3.76 mg/L。PO43--P的去除率为46.1±3.8%,出水浓度为19.23±1.21 mg/L,氮磷比从进水的5.96降低至出水的4.62,提升了盐藻反应器的适应性。通过投加填料和增设膜组件,在MBBR中实现了较高的污泥生物量。200 d时的悬浮污泥量为10370 mg/L,附着污泥量5142 mg/L。在MBBR的运行过程中,悬浮污泥的微生物群落丰富度下降,生物膜的微生物群落丰富度和微生物多样性均高于悬浮污泥,且群落结构存在明显差异。反应器中主要的AOB和NOB分别是Nitrosomonas和Nitrospira,主要的反硝化细菌是Phaeodactylibacter、Denitromonas、Nitratireductor、Candidatusompetibacter,可以进行异养硝化-好氧反硝化代谢的细菌包括Photobacterium、Vibrio以及Paracoccus,由此推测MBBR可能的氮转化途径包括自养硝化、缺氧反硝化以及异养硝化-好氧反硝化。此外,Paracoccus还具有反硝化聚磷功能,与MBBR的生物除磷有关。③MBPBR单独稳定运行后,在盐度为1.6%、HRT为3d、光照强度为300μmol/(m2·s)条件下,对TN、TP 的去除率分别为 63.5±2.2%、76.9±2.4%。MBBR-MBPBR串联工艺稳定运行后,串联工艺对COD、氨氮、TN、TP的去除率分别为84.2%、99.8%、83.2%、92.6%,出水浓度分别为69.52±4.69、0.33±0.21、36.96±3.03、3.12±0.98 mg/L,MBPBR 单元对TN和TP的去除贡献率分别为24.6%、46.6%,串联工艺对模拟榨菜废水具有良好的处理性能。MBPBR的生物量以生物膜为主,为209.39±17.54 g/m2,其中微藻和细菌分别为193.06±15.38 g/m2、16.33±4.23 g/m2。生物膜的厚度为 402.28±37.72 μm,密度为1.81±0.05 g/cm3,孔隙率为67.7±2.3%。在MBPBR中短时期少量投

关键词：榨菜废水杜氏盐藻移动床生物膜反应器微藻生物膜光生物反应器氮磷处理性能

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