光厌氧反应器处理高浓度硫酸盐有机废水运行特性研究

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硫酸盐有机废水成分复杂、来源广泛,对环境具有较大的危害,同时,高浓度含硫废水的硫回收利用也是硫资源再循环研究中极具前景和吸引力的方向。使用传统生物法处理低碳硫比废水时,由于硫酸盐还原菌(SRB)与产甲烷菌(MPA)存在竞争抑制作用,会带来去除效率低、稳定性不高等诸多问题。目前已有大量研究为提高对硫酸盐的去除效果展开,但是仍存在系统酸化、沼气中H2S含量过高等问题。光合细菌能够利用还原性含硫化合物,缓解水中硫化物对微生物的毒害作用,并且能够促进硫酸盐的还原,将光合细菌用于传统厌氧反应器能解决上述问题,但这目前还缺乏系统研究。本文探讨了光照及碳源对厌氧反应器的影响,并对污泥特性及微生物群落结构变化进行了分析,主要研究结果如下:(1)考察了光照和非光照系统在不同碳硫比下的运行性能,并改变光波长,探究低碳硫比下不同频率范围的光照对厌氧系统的影响。结果显示,当碳硫比降低至2:1时,反应器对COD、SO42-的去除效果以及产甲烷性能有所下降,此时光照系统运行效果要优于非光照系统,分别为70%、80%、1.39 L/L/d;光波长研究发现光照系统中光照为400~600 nm和500~700 nm两种范围的波长时,反应器在碳硫比为2:1的条件运行下对SO42-的去除效果有所提高,达到85%以上。质量核算发现,光照系统约50%的COD用作产甲烷菌产生甲烷,MPA始终占据大多数电子流。对污泥性质分析可知:低碳硫比时光照有利于污泥粒径生长,促进微生物产生更多的胞外聚合物应对环境压力,有利于维持系统的稳定,促进微生物的生长,污泥保持较高的VSS。光照能够促进厌氧反应器对硫酸盐和有机物的去除,增加气体中的甲烷含量,能够改善相关功能菌群的竞争抑制和协同处理,利于系统的稳定运行。(2)在低碳硫比时,通过以乙醇逐步置换淀粉水解物的方式,研究乙醇对硫酸盐还原过程及微生物结构变化的影响。结果显示,当碳硫比降低至2:1时,添加25%乙醇的反应器对SO42-的去除效果以及产甲烷性能高于对照组,分别为80%、1.64L/L/d,其沼气中甲烷含量超过40%,CH4-COD比例约50%,MPA占据更多的电子流,并且硫酸盐转化为液相中硫化物比例增加。当添加50%乙醇时,沼气中甲烷含量提高到55%;碳源全部为乙醇时,反应器对COD去除率降至20%以下,此时SRB利用了全部的电子流。对污泥性质分析可知:低碳硫比时碳源对污泥粒径未产生显著影响,添加25%和50%乙醇作为混合碳源能够缓解进水变化对微生物的压力,而当碳源全部为乙醇时,产酸菌和产甲烷菌的丰度会降低,污泥的VSS下降。乙醇加入到复杂碳源时,可以促进对硫酸盐的还原,同时增加沼气中甲烷含量,有利于对资源的回收。(3)16S rRNA测序发现,在光照反应器运行末期,其内部的优势菌属主要是Prevotella、Ethanoligenens、Desulfovibrio和Methanosaeta等,光照条件下反应器拥有更高的种群丰富度。添加25%乙醇作为混合碳源时,反应器优势菌属为Clostridium、Lactococcus、Desulfovibrio和Methanosaeta等,并且进水碳源中添加乙醇能较大提高Desulfovibrio的相对丰富度,而单一的乙醇作为碳源则会降低厌氧系统微生物群落丰富度,降低系统的处理性能。
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