硫酸盐还原相反应器研究

论文摘要

含硫酸盐废水作为一种较难处理的废水多年来一直受到国内外学者的广泛关注，其中利用硫酸盐还原菌（SRB）的厌氧生物技术被广泛应用到处理含硫酸盐废水的领域。对于整个生物脱硫工艺，硫酸盐还原过程是第一步，也最是关键性的一步。怎样保证硫酸盐还原菌的高效性，以提高硫酸盐还原相反应器中硫酸盐的转化率，成为制约生物脱硫工艺的主要因素。本论文主要研究了硫酸盐还原单元，以目前应用最为广泛发展最为成熟的UASB（上流式厌氧污泥床）和IC（厌氧内循环反应器）作为设计基本模型，结合两者优点自行设计了针对硫酸盐生物还原的改进型反应器。污泥的颗粒化是反应器成功启动的标志，要保证硫酸盐还原相反应器内硫酸盐还原过程的高效稳定性，就要在反应器内培养形成SRB颗粒污泥。本试验采用人工配制的模拟硫酸盐废水作为处理对象，维持初始反应器内温度为35°C，pH=7，COD:N:P=300:5:1，并添加微量元素母液。根据反应器启动过程中污泥形态的变化情况，把启动过程分为：污泥驯化阶段、颗粒污泥初始形成阶段和颗粒污泥形成阶段。同时在启动过程的不同阶段监测pH、硫酸盐负荷、出水SS及污泥相的变化，并对反应器的运行关键性条件之一上升流速Vup进行了优化。在反应器启动成功后，对形成的SRB颗粒污泥的各项性能指标进行了研究。在反应器运行阶段，对影响硫酸盐还原的因素进行了研究，特别对低碳硫比下硫酸盐还原情况进行了研究，最后对硫酸盐还原动力学进行了研究并建立了动力学模型。本论文主要完成了以下工作，得到如下结论：（1）纯化富集后的SRB大小为0.35μm0.55μm×1.0μm3.0μm，其形态有卵圆形、短棒形、弧杆状、杆状。接种后的28h57h是SRB的对数生长期，它是硫酸盐还原相污泥的主要来源。（2）硫酸盐还原相反应器成功启动历时113天。污泥驯化期，硫酸盐负荷在2.5kg/m3·d之内，pH在中性范围内，出水的SS在50100mg/L，出现大片絮状污泥，仍有部分游离态微生物，无颗粒污泥出现。颗粒污泥初始形成期，反应器内硫酸盐最大负荷达7.71kg/m3·d，pH在78范围内，出水SS基本上在100mg/L左右，部分污泥开始由絮状体转变为颗粒体。颗粒污泥形成阶段，硫酸盐负荷维持在10kg/（m3·d）以上，pH在中性偏碱的范围内，出水SS基本维持在50mg/L左右，反应器内污泥床下层颗粒污泥粒径增大，中层污泥开始颗粒化，上层污泥为絮状污泥及小粒径颗粒污泥的混合体，上部仍存在游离微生物。（3）启动阶段，反应器系统的最佳上升流速为0.12m/h。反应器稳定运行阶段最佳上升流速为0.16m/h。（4）在反应器启动阶段，随着运行时间的推移反应器内颗粒污泥数量增多，粒径主要分布在0.690.9mm之间，沉降速度也随之升高，平均沉降速度为56m/h。（5）在进水硫酸盐浓度在0800mg/L的范围内，以乳酸钠为碳源的SRB生长动力学模型为V=0.004S-0.0112，硫酸盐还原速率max=0.286gVSS·d。在硫酸盐还原工艺中，基质还原动力学模型为1/v=KS/Vmax*1/（Se）+1/Vmax其中Vmax=0.455d-1KS=1.712g/L

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.1.1 含硫酸盐废水的来源
• 1.1.2 含硫酸盐废水的分类
• 1.1.3 硫酸盐废水的危害
• 1.1.4 含硫酸盐废水的处理方法
• 1.2 厌氧生物法处理含硫酸盐废水的工艺
• 1.2.1 投加 SRB 抑制剂
• 1.2.2 单相吹脱工艺
• 1.2.3 单相厌氧处理工艺
• 1.2.4 两相厌氧生物处理工艺
• 1.2.5 两相厌氧+生物脱硫工艺
• 1.2.6 生物膜法工艺
• 1.3 厌氧生物法处理含硫酸盐废水的研究现状
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.4 硫酸盐还原相工艺中功能性微生物 SRB 简介
• 1.4.1 硫酸盐还原菌的分类
• 1.4.2 硫酸盐还原菌还原机理
• 1.4.3 硫酸盐还原菌与产乙酸菌（AB）、产甲烷菌（MB）关系
• 1.5 本文的提出
• 2 高效 SRB 菌的富集培养
• 引言
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验药品及主要试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 菌种的活化
• 2.2.2 SRB 菌种细胞染色、形态观察
• 2.2.3 硫酸盐还原菌生长曲线的绘制
• 2.2.4 硫酸根标准曲线的绘制
• 2.3 小结
• 3 厌氧反应器装置设计及工艺流程
• 引言
• 3.1 厌氧反应器的设计
• 3.1.1 厌氧反应器设计依据
• 3.1.2 改进 UASB 反应器装置
• 3.2 试验工艺
• 3.3 本章小结
• 4 硫酸盐还原相反应器启动及运行条件优化
• 引言
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验装置及试验所用设备
• 4.1.2 接种污泥
• 4.1.3 碳源的选择
• 4.1.4 试验用水
• 4.1.5 试验方法和内容
• 4.1.6 分析项目及方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 整个启动过程中 SO42-和COD 的变化情况
• 4.2.2 污泥驯化阶段运行情况
• 4.2.3 颗粒污泥初始形成阶段运行情况
• 4.2.4 颗粒污泥形成阶段运行情况
• 4.2.5 运行条件优化
• 4.3 本章小结
• 5 SRB 颗粒污泥的研究
• 引言
• 5.1 颗粒污泥相关性能指标
• 5.2 反应器不同断面颗粒污泥相关性能指标分析
• 5.2.1 硫酸盐负荷与颗粒污泥粒径的关系
• 5.2.2 上升流速 Vup 与颗粒污泥粒径的关系
• 5.3 反应器运行中颗粒污泥的变化
• 5.3.1 反应器中颗粒污泥分布粒径的变化
• 5.3.2 反应器中颗粒污泥沉降速度的变化
• 5.4 本章小结
• 6 硫酸盐还原相反应器运行过程中影响因素的研究
• 引言
• 6.1 材料和方法
• 6.1.1 实验装置
• 6.1.2 实验分析相
• 6.2 电子流比重的分配
• 6.3 不同碳硫比下反应器的运行情况
• 6.3.1 低碳硫比下反应器的运行
• 6.3.2 较高碳硫比下反应器的运行
• 6.4 硫酸盐负荷率对 SO42-转化及生成硫化物浓度的影响
• 6.5 碱度对硫酸盐还原的影响
• 6.6 氧化还原电位对硫酸盐还原的影响
• 6.7 硫化物对硫酸盐还原的影响
• 6.8 本章小结
• 7 硫酸盐还原动力学研究
• 引言
• 7.1 硫酸盐还原动力学
• 7.1.1 硫酸盐还原菌的生长动力学
• 7.1.2 硫酸盐还原动力学模型
• 7.2 本章小结
• 8 结论和展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢