煤制天然气废水的厌氧—好氧生物处理试验研究

【摘要】：煤制天然气（SNG）废水含有大量的酚、氨及多环芳香类物质，具有污染物浓度高、有毒有害物质多、生物降解性差等特点，是国内外废水处理领域的一大难题，成为制约煤制气行业发展的瓶颈问题。相对于传统活性污泥法，厌氧技术由于改善废水可生化性、容积负荷高及运行成本低等优点成为近年煤制气废水处理的研究热点。本课题采用厌氧-好氧间歇式反应器，系统地对煤制气废水中COD、总酚、挥发酚和氨氮等有机污染物的生化降解规律展开了研究，考察了各污染物降解情况及废水可生化性能的改善效果、污泥驯化程度，着重分析了厌氧反应器内有机污染物的代谢去向和碳源平衡关系，探讨了煤制气废水中酚类化合物构成及其厌氧代谢影响因素，对厌氧反应器中微生物种群结构的变化进行了解析。 在本研究中，COD、总酚、挥发酚和氨氮浓度分别约为1400mg/L、280mg/L、140mg/L、85mg/L的煤制气废水经水解酸化-好氧处理工艺，系统COD去除率为86%，总酚去除率为85%，挥发酚去除率接近100%，氨氮去除率为65%。随着反应器内优势菌群的不断富集，厌氧-好氧处理煤制气废水的效能逐渐加强，COD、总酚、挥发酚和氨氮去除速率逐渐加快。煤制气废水经厌氧-好氧生化处理后仍有无法降解的部分，系统处理出水COD浓度约为200mg/L，总酚浓度约为30mg/L，氨氮浓度在30mg/L左右。 厌氧反应器以某柠檬酸生产厂废水厌氧反应器中的颗粒污泥为接种污泥，驯化4个月后形成了煤制气废水的水解酸化稳定体系。反应器运行温度为(35±1)℃，水解酸化时间为48h，COD负荷率为0.488kgCOD/m3.d，污泥负荷率为0.136kg COD/kg SS.d，进水COD、总酚和挥发酚分别为1100、220和110mg/L的条件下，COD、总酚和挥发酚的去除率分别为45%、50%和99%左右，三者的降解均符合一级动力学特征。该体系主要停留在水解酸化阶段，反应器最佳停留时间为35hr，甲烷产率为0.0025kg CH4/kg COD removal，去除的TOC中有77%左右的有机碳用于污泥增殖，污泥增长率为0.3kg SS/kg COD removal。 煤制气废水经水解酸化处理后可生化性提高，在反应温度为(30±1)℃，好氧曝气时间为64hr的条件下，运行好氧间歇式反应器28个周期处理厌氧出水，出水COD浓度约为250-300mg/L，去除率为45%-50%；出水总酚可降至20-40mg/L，去除率能达到45%-60%；出水氨氮浓度在45mg/L左右，去除率约为45%，三者降解符合一级动力学特征；反应器最佳停留时间为30h。 该煤制气废水中含有苯酚、邻甲苯酚、间甲苯酚、对甲苯酚、间苯二酚、对苯二酚等多种酚类污染物和其他含氮杂环有机化合物，其中挥发酚苯酚含量最高，是水解酸化工艺中酚类化合物减少的最主要成份。煤制气废水经厌氧处理24h后，苯酚大量被降解，其他有机污染物变化不明显。 48h水解酸化稳定运行体系中的厌氧污泥呈絮状，菌胶团外部有链球菌、杆状菌、球状菌、弧状菌等的分布，菌落结构复杂。该系统中微生物群落结构以变形菌门为主，大部分为嗜温菌；互营杆菌、反硝化菌、硫酸盐还原菌等典型厌氧菌群，最新公认的Synergistaceae厌氧菌，以及不动杆菌等好氧菌群存在于厌氧系统中，共同发挥代谢作用。 【关键词】：煤制天然气(SNG)废水 酚类 厌氧水解酸化 好氧 微生物群落
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X784
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-28
• 1.1 煤制天然气废水简介13-14
• 1.1.1 煤制天然气行业的发展13
• 1.1.2 煤制天然气废水的来源及特点13-14
• 1.2 煤制天然气废水处理研究进展14-24
• 1.2.1 物化预处理14-16
• 1.2.2 生化处理16-22
• 1.2.3 深度处理22-24
• 1.3 环境复合型微生物的种群解析24-28
• 1.3.1 定性分析技术25-26
• 1.3.2 定量分析技术26-28
• 第二章 研究意义、方案及内容28-32
• 2.1 研究意义28-29
• 2.2 研究方案29-31
• 2.2.1 试验工艺流程29-30
• 2.2.2 技术路线30-31
• 2.3 研究内容31-32
• 第三章 厌氧反应器启动及运行32-46
• 3.1 实验目的32
• 3.2 实验装置、材料及分析方法32-34
• 3.2.1 实验装置32-33
• 3.2.2 实验材料33-34
• 3.2.3 分析项目及方法34
• 3.3 实验方法34-35
• 3.4 实验结果及讨论35-44
• 3.4.1 水解酸化对SNG废水的处理情况35-40
• 3.4.2 有机物降解趋势及基质动力学模型探究40-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 好氧反应器启动及运行46-57
• 4.1 实验目的46
• 4.2 实验装置、材料及分析方法46-48
• 4.2.1 实验装置46-47
• 4.2.2 实验材料47
• 4.2.3 分析项目及方法47-48
• 4.3 实验方法48-49
• 4.4 实验结果及讨论49-56
• 4.4.1 好氧反应器运行49-51
• 4.4.2 废水可生化性评价51-55
• 4.4.3 厌氧-好氧生物处理水质情况55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 厌氧反应器内有机物组成变化57-66
• 5.1 实验目的57
• 5.2 实验装置57-58
• 5.3 实验方法58
• 5.4 实验结果及讨论58-65
• 5.4.1 碳平衡关系58-61
• 5.4.2 酚类化合物的厌氧降解机制61-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第六章 反应器内的微生物种群解析66-82
• 6.1 研究目的66
• 6.2 实验方法66-73
• 6.2.1 扫描电子显微镜（SEM）66
• 6.2.2 PCR-DGGE和构建克融文库66-73
• 6.3 实验结果及讨论73-80
• 6.3.1 SEM观察结果73-75
• 6.3.2 厌氧反应器内微生物群落结构特征75-80
• 6.4 本章小结80-82
• 第七章 结论与建议82-85
• 7.1 结论与创新点82-83
• 7.2 不足和建议83-85
• 参考文献85-92
• 致谢92-93
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文93

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