高效功能陶粒及复合厌氧菌群处理生活污水的研究

论文摘要

厌氧生物处理技术与好氧生物处理技术相比,具有高负荷率、低能耗及低污泥产率等优点。本论文对高效陶粒的制备及功能化、复合厌氧菌群的构建、功能化高效陶粒固定化微生物及应用于厌氧生物滤池处理低浓度生活污水的效果进行了系统的研究。陶粒制备试验表明,优化的配方为:粉煤灰55g、水泥15g、DT-5 2.5g、γ-Al2O31.5g、聚丙烯酰胺4g、石膏2g、生石灰20g。陶粒的理化性能检测和电镜照片显示,该陶粒的比表面积达31.274 m2/g,表面粗糙、孔隙率较高、质轻,抗酸抗碱不易老化,使用寿命长,适宜于做厌氧生物滤池（AF）的生物载体。研究了复合厌氧菌群的构建及处理生活污水的工艺条件,试验结果表明,复合菌群CHFH-1优势最明显,相互之间发生了生态位分离,形成互惠共生关系;处理生活污水的最佳工艺条件为:pH7.2,厌氧培养箱温度35℃。在该条件下将9ml CHFH-1种子液接种至盛有50ml生活污水的已灭菌的150ml锥形瓶中,测定第8天复合菌群CHFH-1处理生活污水CODcr的去除率达73.18%。为获得性能更好的陶粒进行微生物固定化,在陶粒制备的基础上进行功能化试验,通过高效陶粒酸化、硅烷（KH-570）化和戊二醛化,达到表面改性的目的。试验结果表明,高效陶粒功能化的优化条件为:盐酸浓度0.05mol/L,硅烷甲苯体积浓度10%,戊二醛质量分数0.7%。在该条件下测得微生物负载量为15.37mg/g,微生物负载量处于比较好的水平。当处理低浓度生活污水时,在保证一定水力负荷、水力停留时间（HRT）6h条件下,用纳米改性陶粒,普通污泥挂膜,挂膜时间为12天,COD去除率为52.7%;用未功能化陶粒,普通污泥挂膜,挂膜时间为10天,COD去除率为57.9%;用功能化陶粒,普通污泥挂膜,挂膜时间为8天,COD去除率为68.7%,用功能化陶粒,复合菌CHFH-1挂膜,挂膜时间为7天,COD去除率为79.2%。动力学研究表明,AF塔中COD降解速度对COD浓度为一级反应。用功能化陶粒、复合菌CHFH-1挂膜,进水COD浓度为197mg/L时,经验速度方程为:rCOD=-dCCOD/dt=0.2807CCOD-0.1082（mg/L·h）反应速率显著高于纳米改性陶粒及普通污泥挂膜的陶粒。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 厌氧生物处理技术及AF的发展
• 1.2.1 废水厌氧生物处理简介
• 1.2.2 废水厌氧生物处理技术发展
• 1.2.3 AF反应器的发展及应用
• 1.2.4 AF填料的发展及特点
• 1.3 陶粒填料的技术研究及应用现状
• 1.3.1 陶粒填料的技术研究
• 1.3.2 陶粒填料的特点
• 1.3.3 陶粒填料的应用现状及发展趋势
• 1.4 固定化微生物处理技术
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 固定化技术方法
• 1.4.3 固定化微生物技术载体的选择
• 1.4.4 固定化微生物在废水处理中的应用
• 1.4.5 发展前景
• 1.5 复合微生物菌群技术的应用
• 1.6 本课题的研究内容及目的
• 第2章 高效陶粒的制备试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验仪器设备与材料
• 2.2.1 主要实验仪器设备
• 2.2.2 实验材料
• 2.3 实验原理
• 2.4 实验内容和方法
• 2.4.1 高效陶粒制备
• 2.4.2 陶粒理化性能的评价指标及其测试方法
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 粉煤灰用量对陶粒性能的影响
• 2.5.2 水泥用量对陶粒性能的影响
• 2.5.3 生石灰用量对陶粒性能的影响
• 2.5.4 石膏用量对陶粒性能的影响
• 2.5.5 DT-5用量对陶粒性能的影响
• 2O₃用量对陶粒性能的影响'>2.5.6 纳米材料γ-Al₂O₃用量对陶粒性能的影响
• 2.5.7 聚丙烯酰胺用量对陶粒性能的影响
• 2.5.8 正交实验
• 2.5.9 高效陶粒性能
• 2.6 小结
• 第3章 复合厌氧菌群的构建及生活污水处理
• 3.1 引言
• 3.2 实验仪器设备与材料
• 3.2.1 主要实验仪器设备
• 3.2.2 实验材料
• 3.3 实验原理
• 3.4 分析项目与方法
• 3.5 实验内容及方法
• 3.5.1 菌株的富集
• 3.5.2 菌株的分离纯化
• 3.5.3 纯菌株的发酵培养
• 3.5.4 复合厌氧菌群的构建
• 3.5.5 复合菌群处理生活污水的优化实验
• 3.6 结果与讨论
• 3.6.1 单菌筛选结果
• 3.6.2 单菌株生长情况
• 3.6.3 复合菌群的构建
• 3.6.4 复合菌群CHFH-1处理生活污水的工艺条件
• 3.6.5 正交实验
• 3.6.6 菌种的初步鉴定结果
• 3.7 小结
• 第4章 高效陶粒固定化复合厌氧菌群的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验设备仪器与材料
• 4.2.1 主要实验仪器设备
• 4.2.2 实验材料
• 4.2.3 试剂配制
• 4.3 实验原理
• 4.3.1 高效陶粒功能化原理
• 4.3.2 固定化微生物原理
• 4.4 实验方法
• 4.4.1 陶粒功能化方法
• 4.4.2 微生物负载量测定方法—改进克氏定氮法
• 4.4.3 静态固定化微生物方法
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 陶粒功能化条件的确定
• 4.5.2 正交实验
• 4.5.3 微生物负载量的时间效果
• 4.5.4 电镜扫描结果
• 4.6 小结
• 第5章 高效陶粒固定化微生物的应用研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验仪器与设备
• 5.3 升流式厌氧生物滤池（AF）运行机理及工艺条件
• 5.3.1 实验原理
• 5.3.2 工艺条件
• 5.4 分析项目与方法
• 5.5 实验方法与工艺流程
• 5.6 结果与讨论
• 5.6.1 陶粒挂膜实验
• 5.6.2 陶粒运行实验
• 5.6.3 沼气产量
• 5.7 基质降解动力学
• 5.8 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果