论文部分内容阅读
厌氧膜生物反应器(Anaerobic Membrane Bio-Reactor,AnMBR)作为高效的厌氧处理系统克服了传统厌氧生物处理污泥易流失、占地面积大等缺陷,已成为研究热点。而AnMBR所面临的主要技术障碍是膜污染,由于受到污泥浓度较高和膜冲刷限制等因素影响,AnMBR的膜污染要比好氧MBR更严重。本研究针对AnMBR膜污染严重的问题,提出将微生物电解池(MEC)引入AnMBR中,构建了 MEC-AnMBR体系,利用MEC特殊的电化学环境同步实现污水高效处理和膜污染缓解,推动膜生物反应器的理论创新和技术创新。本研究考察了 MEC-AnMBR系统的污染物降解转化规律与膜污染特性,同时探讨了反应器中阴极膜组件微生物群落的演替规律及反应器中微生物代谢特性,以期探明体系中外加电场、运行效能、微生物特性三者之间的关系,主要取得成果如下:1、MEC-AnMBR反应器运行性能研究:构建MEC-AnMBR反应体系,并以传统AnMBR作为对照,探究MEC-AnMBR反应体系膜污染运行周期内的污染物转化规律、膜污染特性及两者间的变化关系。结果表明:在进水COD浓度10000mg/L条件下,相较于传统AnMBR,MEC-AnMBR反应器COD总去除率有明显提高,且总去除率的提高主要是由于微生物去除率的提高,传统AnMBR和MEC-AnMBR反应器微生物去除率分别为72.3%和81.7%;在MEC-AnMBR反应器膜污染运行周期中,COD总去除率逐渐由87.1%上升至96.8%,这主要是因为膜组件的物理去除作用逐渐加强,由5.8%上升至13.8%;相较于传统AnMBR,甲烷产量同样有明显的提高,且随着膜污染的逐渐加剧,甲烷产量逐渐上升,由2.3 L/d上升至5.4 L/d;相较传统AnMBR,MEC-AnMBR反应器膜污染得到了有效的缓解,膜污染周期为35天,是传统AnMBR的1.5倍。2、MEC-AnMBR反应器微生物群落特性研究:利用高通量技术分析传统AnMBR和MEC-AnMBR反应体系膜组件中微生物群落结构及多样性变化,探究MEC-AnMBR反应体系中微生物群落特性对其运行性能的影响。结果表明:MEC-AnMBR反应器阴极膜中古菌群落更加的丰富,各种群越发的平衡,电场的加入可以抑制Methanosaeta的生长,缓解了膜污染,同时可以促进Methanosarcina、Methanobacterium和Methanospirillum的生长,提高反应器中污染物的降解效率及甲烷产量;MEC-AnMBR反应器阴极膜中细菌群落多样性减少,但是群落的稳定性增加,且通过外加电场对反应器内的微生物驯化,促进Thermovirga和Petrimonas的生长,提高了反应器的运行性能。3、MEC-AnMBR反应器微生物代谢特性分析:对传统AnMBR和MEC-AnMBR反应体系中微生物及其分泌物进行原位观察,并考察传统AnMBR和MEC-AnMBR反应体系各膜污染阶段悬浮污泥及膜面污泥中微生物代谢产物与代谢活性,解析MEC-AnMBR反应体系性能优化机制。结果表明:随着MEC-AnMBR反应器的运行,膜丝表面逐渐形成了一层致密的、带有光滑的微生物分泌物的滤饼层,膜污染也越来越严重;微生物分泌物中的蛋白质和多糖极易吸附在膜丝表面及膜孔内造成膜污染,而MEC-AnMBR反应器通过降低膜面污泥上蛋白质和多糖的含量同时增加悬浮污泥中蛋白质和多糖的含量,有效缓解膜污染;MEC-AnMBR运行初期膜面污泥的EPSp和EPSc浓度虽然明显高于传统AnMBR,但其浓度在反应器运行期间变化不大,至反应器运行后期,EPS和EPSc的浓度已经明显低于传统AnMBR的浓度,同时SMPp在膜污染运行周期中变化规律与EPS相似,SMPc的浓度较低且在反应器运行期间变化不明显,因此MEC-AnMBR的膜污染得到缓解;MEC-AnMBR反应器中MEC的引入虽然会对微生物造成一定程度的损伤,但微生物活性明显增强,悬浮污泥及膜组件上污泥各膜污染阶段ATP含量分别为传统AnMBR的2.31、2.07、3.47倍和0.76、10.54、4.37倍,且随反应器ATP含量明显升高,反应器运行效能不断提升。