论文部分内容阅读
针对现有餐厨垃圾发酵废水膜法处理工艺成本高、高浓度氨氮对微生物活性抑制等突出问题,以研发餐厨垃圾发酵废水高效低成本处理技术为目标,首先构建出餐厨垃圾发酵废水负压氨氮吹脱系统,考察了温度、pH、真空度对废水负压吹脱效能的影响,并进行了动力学分析。同时,提出了基于零价铁、磁铁矿、铁碳微电解的强化水解酸化技术,以及强化水解酸化-反硝化耦合系统,重点探究了强化水解酸化、高温反硝化、强化水解酸化-反硝化耦合系统的构建方法及效能影响因素,并利用分子生物学方法,探究了强化水解酸化系统微生物种群结构及功能菌群;在此基础上,提出基于嗜氢产甲烷菌的餐厨垃圾发酵废水耐高氨氮厌氧处理系统,重点探究了种源、微生物生长方式对系统构建及效能的影响;建立了餐厨垃圾发酵废水厌氧-好氧-混凝组合处理系统,考察了系统处理效能,得出关键工况参数,通过三维荧光技术对组合系统的有机物组分进行了解析;并利用16S rRNA高通量测序技术,对厌氧生物处理系统的微生物种群结构及功能菌群进行了研究,探究了系统的微生物作用机制。主要研究成果如下:温度和真空度对负压吹脱系统效能和游离氨液相传质系数KL影响显著,pH对负压吹脱系统效能和KL影响不显著。当系统pH和真空度一定,温度越高,传质系数KL越大,负压系统去除90%以上的氨氮所需时间越短,氨氮去除速率越高;当系统温度和pH值一定,真空度越小,传质系数KL越大,负压系统氨氮去除速率越高。零价铁、磁铁矿、铁碳微电极对餐厨垃圾发酵废水高温强化水解酸化系统效能及微生物种群结构影响显著。零价铁、磁铁矿和铁碳微电解强化水解酸化系统对蛋白质和碳水化合物的总降解率分别为58.16%、73.33%和52.38%,磁铁矿组分别比对照组、零价铁组和铁碳微电解组高58.71%、15.17%和20.95%;TVFAs平均生成率分别为56.11%、77.55%和44.21%,磁铁矿对水解酸化效能强化最显著,TVFAs平均生成率较对照组增加57.09%;Illumina Mi Seq 16S r RNA测序结果表明:零价铁、磁铁矿和铁碳微电解水解酸化系统中的优势水解酸化功能菌属主要有Acetomicrobium、Acinetobacter、Anaerobranca、Caldicoprobacter、Candidatus_Microthrix、Coprothermobacter、Sporanaerobacter、Tepidimicrobium、Thermovirga、Proteiniborus和Proteiniclasticum,其总丰度分别为38.43%、67.50%和32.42%。磁铁矿投加量对餐厨垃圾发酵废水高温强化水解酸化系统效能影响显著。在进水TVFAs浓度为2778.46±80.91mg/L时,当磁铁矿投加量分别为5 g、10 g和15 g时,出水TVFAs平均浓度分别为3649.93mg/L、4933.21mg/L和4972.64mg/L,TVFAs生成率分别为31.37%、77.55%和78.97%,磁铁矿适宜的投加量为10 g。硝氮负荷对餐厨垃圾发酵废水高温水解酸化-反硝化耦合系统构建及效能影响显著。当反应器硝氮负荷分别0.075 kg NO3--N/(m3·d)、0.175kg NO3--N/(m3·d)和0.275kg NO3--N/(m3·d)时,系统TVFAs平均生成率分别为48.52%、20.90%和9.26%;NO3--N平均去除率分别为91.43%、83.73%和67.83%;同时,DOM总荧光强度分别为63.25×107,AU-nm2-(mg/L)-1、52.71×107,AU-nm2-(mg/L)-1和52.25×107,AU-nm2-(mg/L)-1,比进水DOM总荧光强度分别高22.02%、1.67%和0.80%,比对照组反应器出水DOM总荧光强度分别低33.04%、44.20%和44.69%。种源对餐厨垃圾发酵废水厌氧ASBBR和ASBR系统构建及效能影响显著。采用氨氮逐步提升方式,在厌氧生物系统中成功构建出耐受高氨氮的餐厨垃圾发酵废水厌氧SAOB-HM有机物降解系统;Illumina MiSeq 16S rRNA测序结果表明:接种水解酸化池污泥的ASBR系统,在氨氮浓度分别为979.90mg/L、1739.48mg/L、3140.41mg/L时:系统中优势有机物降解功能细菌主要有A55_D21、Caldicoprobacter、Clostridium、Coprothermobacter、Desulforudis、Proteiniclasticum、Allochromatium、Anaerobaculum和SHD-231;系统中优势耐氨氮嗜氢产甲烷古菌主要有Methanosarcina和Methanobacterium;接种水解酸化池污泥、联合发酵系统污泥和城市污水厂脱水污泥的厌氧活性污泥系统COD去除率分别为79.93%、72.09%、68.35%。餐厨垃圾发酵废水厌氧-好氧-混凝组合处理系统COD总去除率达到94.80%,ASBR、SBBR、混凝工艺单元沿程出水COD浓度分别为2708.33±394.96mg/L、828.89±94.06mg/L、363.50±23.76mg/L,满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)三级标准;对应的COD去除率分别为61.20%、69.39%、56.21%,分担率分别为61.20%、26.93%、6.67%,厌氧生物工艺单元起主导作用,混凝沉淀单元的物化作用能够削减SBBR出水COD去除率达到56.21%。3D-EEM和FRI分析结果表明:混凝处理单元出水中降解性较差的富里酸为主的区域Ⅲ和腐殖酸为主的区域Ⅴ的荧光强度降幅分别达29.23%和31.49%,混凝单元对难降解有机物去除效能显著。