电子介体型悬浮载体的制备及其强化污水厌氧处理性能研究

• 作 者: 刘吉福
• 出 处: 大连理工大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 悬浮生物载体 厌氧生物膜与活性污泥复合工艺 厌氧移动床生物膜工艺 直接种间电子传递 电子介体

基于悬浮生物载体的厌氧生物膜与活性污泥复合工艺(An-IFFAS)和厌氧移动床生物膜工艺(AMBBR)结合了厌氧活性污泥法和生物膜法的优势,在有机污水的厌氧处理中表现出独特的潜力,载体作为工艺的核心,其理化性能对工艺的水处理效率起到至关重要的作用。针对目前商用的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)等生物载体存在的生物亲和性差和缺乏功能性设计等问题,本论文通过对传统悬浮生物载体进行强化电子传递功能设计,制备出能促进厌氧微生物直接种间电子传递(DIET)的电子介体型载体,并将载体应用于An-IFFAS和AMBBR。对新型载体强化厌氧工艺污染物处理性能、产甲烷性能以及涉及的微生物机理进行研究。主要研究成果如下:(1)以HDPE为基础料,混合一定量硅藻土、滑石粉以及一定比例的功能料导电石墨粉(3 wt%、5 wt%和7 wt%),通过共混和螺杆挤出技术制备出石墨电子介体型悬浮生物载体,并应用到An-IFFAS以强化高浓度有机废水的处理。实验结果表明,在进水有机负荷速率(OLRs)为5.9~23.7 kg COD/(m~3?d)的条件下,与厌氧活性污泥反应器和投加HDPE载体的An-IFFAS反应器相比,投加石墨电子介体型载体的An-IFFAS反应器具有更好的有机物处理效果和产甲烷能力。高通量测序分析发现,相较于HDPE载体,7 wt%石墨电子介体型载体上电活性菌Geobacter丰度约提高4.2%,接受电子的产甲烷菌Methanothrix丰度约提高7.3%。这些结果证明石墨电子介体型载体能够构建DIET,提高厌氧消化效率。(2)以HDPE为基础料,一定量硅藻土和滑石粉为辅料,共混一定量的零价铁粉或导电工业石墨烯,通过螺杆挤出工艺制备出4 wt%零价铁改性悬浮生物载体、10 wt%石墨烯电子介体型悬浮生物载体和20 wt%石墨烯电子介体型悬浮生物载体。分别将两种石墨烯电子介体型载体与4 wt%零价铁改性载体混合并应用于序批式AMBBR中以强化复杂有机物的处理。实验结果显示,投加混合改性载体的AMBBR可显著强化厌氧微生物对复杂有机物的处理。当进水OLR为8.5 kg COD/(m~3?d)时,相较投加HDPE载体的反应器,混合投加4 wt%零价铁改性载体和20 wt%石墨烯电子介体型载体的AMBBR产甲烷速率提高37.9%,甲烷产率提高34.4%。