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水相悬浮聚合法生产聚氯乙烯(PVC)过程中排放的离心母液废水水温较高(约60~70℃),是一种典型的低浓度、难降解化工废水。厌氧膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular Sludge Bed,EGSB)反应器具有占地面积小、传质效果好、容积负荷高等优点,是当今最受瞩目的高效厌氧反应器之一。目前对于EGSB反应器的研究主要集中在中温处理高、中浓度废水,但是对于EGSB在高温条件下处理低浓度的有机化工废水却很少见。本研究首次采用高温EGSB反应器处理PVC离心母液废水,不仅可节省冷却费用,而且能提高反应速率、减少动力消耗。本课题研究该难降解废水的可生化性启动,探索反应器的最大处理效能,以期为后续深度处理PVC离心母液废水减轻负荷;同时以聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术考察反应器内微生物种群的演替,探讨反应器处理效能和微生物种群间的关系,以揭示高温EGSB处理PVC离心母液废水的本质规律,为高温低浓度难降解有机废水的处理开辟新的思路奠定重要基础。
本课题在55±2℃下利用EGSB反应器处理PVC离心母液废水,基于共代谢机制的方法,启动初期进水中加入葡萄糖,通过不断增加PVC离心母液废水所占葡萄糖模拟废水比例的方法驯化厌氧微生物,在容积负荷和水力停留时间分别保持在0.2kg COD/m3.d和50h左右时,COD去除率维持在80%左右,实现了系统的成功启动。继续提升负荷以考察系统的最大处理效能,当容积负荷达到0.6kgCOD/m3.d,水力停留时间在16h时COD去除率也能达到70%左右,系统表现出良好的稳定性和抗冲击能力。对停止运行2个月的反应器,通过逐渐增加负荷的方式运行系统能在12天内完成稳定快速启动。通过PCR-DGGE技术对反应器不同运行阶段的污泥样本进行检测得出:EGSB反应器启动前后系统内微生物群落结构和种群数量存在明显的演替过程,初次启动开始时接种的微生物种类丰富,但无明显的优势菌种;初次启动成功运行结束时微生物经过筛选驯化,形成了能有效降解PVC母液废水的优势种群。DGGE图谱的条带明显减少,说明种群数量减少,但有些条带明显增亮,说明特效种群得到了增殖并明显占优。
二次启动成功后继续运行期间,EGSB系统反应条件的改变对其处理效能造成了一定的影响,相应地,反应器内微生物种群也表现出了一定的变化。主要体现在:环境条件的改变(空气进入厌氧系统)使系统的处理效能由改变前的70%左右下降到改变后的40%左右,系统微生物种类和数量减少,可能是空气的进入抑制了严格厌氧菌(如产甲烷菌)的生长;基质的改变(梯度增加和减少葡萄糖占进水的比例)没有恢复系统处理效能,但系统内微生物种群数量有所增加,可能是基于共代谢机制的修复对其中适应葡萄糖基质的那部分微生物的生长起到了促进作用;种源的改变(添加活性污泥)使系统的处理效能由40%左右上升到65%左右,系统修复成功,系统内微生物又呈现出特效种群占优的现象;HRT的增加,使得微生物与基质的接触反应更充分,系统处理效能由65%左右上升到75%左右,反应器内形成了菌群数量、种类更加占优的优势种群。这种优势菌种和系统最大处理效能时的优势菌种的DGGE的结果显示分属不同的条带,但系统处理效能接近,为进一步弄清高温EGSB处理PVC母液废水效能和系统内微生物种群种属之间的对应关系,还需DNA测序等分子生物学手段的进一步确证,以期为高温EGSB处理PVC离心母液废水的系统操作条件的优化提供更强有力的指导。