高pH值对含硫酸盐有机废水厌氧处理系统的影响研究

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厌氧生物处理具有能耗低、可回收清洁能源的特点,一直被认为是高浓度有机废水处理的首选工艺。然而,在一些化工合成各种材料和医药中间体的过程中由于大量硫酸的使用,使得废水具有低碳硫比的特点。对于这类废水如果使用厌氧生物处理技术,由于硫酸盐还原菌(SRB)与产甲烷菌(MPA)的竞争生长,会产生大量还原态硫,这会带来两个问题:硫化氢会对MPA的活性产生抑制作用,往往致使系统失稳甚至崩溃;处理过程中产生的沼气由于硫化氢含量高,从而导致后期气体净化成本大幅增加。而依据水中硫化物存在形态与pH关系,提高反应器运行体系的pH值有可能解决上述问题,但这目前还缺乏系统研究。为此,本研究利用厌氧UASB系统处理模拟高含硫有机废水,考察高pH对厌氧系统净化性能的影响,研究高pH值下的SRB与MPA的竞争特征、污泥特性以及微生物群落结构变化特征等。获得的主要研究结论如下:(1)不同pH条件下(7.5,8.5)厌氧系统运行试验研究表明:pH7.5系统的产甲烷量均高于pH8.5系统。在碳硫比从10降到2的阶段中,pH7.5系统的COD去除率优于pH8.5系统,其硫酸盐去除率低于pH8.5系统。而在COD/SO42-=1和0.5时,pH7.5系统的COD去除率低于pH8.5系统,硫酸盐去除率却与pH8.5系统相似。pH8.5条件下生成的气态H2S较低(相较于pH7.5),说明高pH能降低后期气体净化成本。通过理论计算pH7.0的水中H2S浓度最高能达92.8mg/L严重抑制MPA,高于5.5mg/L(pH8.5),说明高pH能解除H2S的抑制作用。推断高pH调控是可行的。(2)电子流核算表明:pH8.5系统由MPA主导转换为SRB主导(COD/SO42-=0.5)。pH7.5系统一直是MPA占主导。MPA与SRB竞争和pH、碳硫比的协同作用有关,它们共同发挥生物去除作用并维持了体系的稳定。(3)通过污泥理化性质研究表明:污泥电镜扫描显示驯化后pH8.5菌种较为单一,多为圆球状的菌落。驯化后pH7.5菌种丰富,有丝状、杆状、短杆状、球状等多种形状的菌落共存。有机负荷的增大有利于污泥生长聚集,而碳硫比的降低不利于污泥生长。不同pH系统的污泥的MLSS增大,说明无机颗粒的堆积。通过污泥的胞外聚合物分析,推测厌氧污泥应对低碳硫比的压力将产生更多的糖类来应对。pH7.5系统分泌的EPS浓度高于pH8.5系统。通过三维荧光分析辅酶F420,发现在COD/SO42-=10情况下,pH8.5系统对应的辅酶F420弱于pH7.5系统。在COD/SO42-=0.5的条件下pH8.5系统的荧光峰强度竟强于pH7.5,可能是MPA丰度增加。(4)MPA群落结构表明:pH8.5系统的MPA主要是甲烷丝菌属,甲烷短杆菌,未分类烷杆菌科。说明甲烷丝菌属,甲烷短杆菌,未分类烷杆菌科为耐碱性MPA。pH8.5系统的甲烷产生量主要是乙酸营养型MPA和氢营养型MPA贡献。而pH7.5系统中甲烷丝菌属一直占主导地位。pH7.5系统产甲烷主要是通过乙酸营养型MPA贡献。(5)SRB群落结构表明:在高碳硫比下,pH8.5系统形成以脱硫微杆菌为主加少量脱硫弯曲杆菌属进行硫酸盐还原。发现了脱硫微杆菌属,脱硫弯曲杆菌属具有耐碱性。pH7.5系统主要以5种不同的菌属共同进行硫酸盐还原。在低碳硫比下,pH8.5系统中脱硫弯曲杆菌属和脱硫微杆菌成为优势菌,pH7.5系统中的脱硫球菌属和脱硫叶菌属成为优势菌。
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