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优势脱氮菌的筛选及工业化应用基础研究

孙菲

   目前,国内外用于焦化废水的处理方法主要是生物法,其中又以普通活性污泥法为主,该法可高效地去除焦化废水中的酚、氰类物质,但对难降解有机物及NH4+-N的去除效果较差。为此国内外学者提出以生物强化技术来优化和改进焦化废水的处理工艺,解决传统工艺出水中COD、NH4+-N难以达标排放的问题。 本课题通过采用在培养基中添加焦化废水的方法富集、筛选、分离和驯化优势脱氮菌,并研究温度、pH值、C/N比、接种量对优势菌脱氮性能的影响。为解决优势菌种工业化应用,改良和发展固定化微生物技术:采用固态发酵法发展新型固定化微生物技术,制作出能稳定有效地降解焦化废水中的污染物、固定和保存菌种效果显著的豆皮、谷壳固定化产品;对传统的PVA(聚乙烯醇)固定化方法进行改进,添加传质载体提高固定化微生物小球的传质性能和通透性;以活性炭纤维毡为载体膜制作新型的固定化膜片,寻找新型的生物载体。设计A2/O系统并动态运行,试验评价筛选的优势菌及所制备的新型固定化细胞产品对焦化废水的脱氮效果。主要的试验过程及结果如下: (1)试验采用焦化废水配制的牛肉膏蛋白胨培养基(DM100),从淮北煤焦化公司酚氰污水处理站(A2/O工艺)好氧池和缺氧池污泥中分离纯化出8株硝化细菌和7株反硝化细菌,并通过梯度添加焦化废水的平板驯化和液体驯化,最终复筛出具有抗逆性、能快速降解目标污染物的5株硝化细菌(分别命名X0、X1、X2、X6、X7)和4株反硝化细菌(分别命名F4,F8,F9,F10)。 优势单菌株与组合菌群脱氮能力摇床对比试验表明,5株混合硝化菌群(X5Z)和4株混合反硝化菌群(F4Z)生长快速稳定,在相同的试验条件下脱氮效率高于单菌株,X5Z 48h的NH4+-N去除率可达到87.59%,F4Z48h的NO3--N去除率为98.75%。研究表明:X5Z最适生长条件为:30℃,pH=8.0,接种量=20%(菌液浓度为2×107~3×107个/mL),此时菌群24h的NH4+-N去除率为64.75%。F4Z最适生长条件为:35℃, pH=8.0, C/N比=5,接种量=25%(菌液浓度为2×107~3×107个/mL),且经过筛选和条件优化,F4Z NO3--N去除率达到90%的降解时间由96h降到18 h。 (2)对传统的PVA(聚乙烯醇)固定化方法进行改进,制作出添加麦秸、稻草粉末,颗粒活性炭(GAC),粉末活性炭(PAC)的新型固定化球。扫描电镜微观分析表明PAC的加入使传统PVA小球内部结构由原来的聚结成块变为小球堆积的孔状结构,明显提高了固定化球的传质性能和通透性:24h摇床培养后,4% PAC硝化菌和反硝化菌固定化球的吸水率比传统PVA小球提高了45%和34%,膨胀系数提高79%和31%;对模拟焦化废水中NH4+-N和NO3--N降解能力提高了39.55%和6.08%。4% PAC硝化菌和反硝化菌固定化小·球吸附饱和后再次使用,48h NH4+-N的降解率和12h NO3--N的降解率可达到92.42%和73.77%。PAC的吸附作用有利于固定化球中微生物的固定,延长固定化球的使用寿命和重复利用率。 (3)为解决优势菌种工程应用,使用谷壳、黄豆皮为载体,采用固态发酵法制备固定化产品,研究硝化菌和反硝化菌固态发酵固定化产品的保存方式、产品保存时间对其降解性能的影响。研究表明:在硝化菌温度30℃、反硝化菌35℃,pH均为8.0,含水量0.1g/mL条件下固态发酵得固定化产品。固定化产品的最佳保存方式视产品含水率高低和松散度而定:含水率高于80%、易成团的豆皮固定化产品需鼓风干燥箱60℃烘干保存;含水率小于70%、松散的谷壳固定化产品室温干燥保存即可。保存期三个月内,谷壳固定化产品的硝化和反硝化能力随保存时间的延长几乎不变;豆皮固定化产品降解能力有所下降:硝化菌豆皮固定化产品的NH4+-N去除率下降11.02%,反硝化菌豆皮固定化产品的N03--N降解能力下降12.52%。SEM图微观分析可知,豆皮的膜层结构,能够使菌种固定均匀,并保持完好的形态。豆皮、谷壳固态发酵法进行优势菌的固定化,方法简单,固定和保存菌种效果显著,可作为新型菌种的保存方式,改善传统菌种保存条件要求高、保存时间短、使用前要求进行转接等的缺点。 (4)用聚乙烯醇和海藻酸钠包埋吸附菌种的活性炭纤维毡,与立体弹性塑料填料连用,制备出三种不同形状的活性炭纤维膜片固定化产品复合填料。扫描电镜微观分析表明活性炭纤维毡的孔隙结构和强吸附能力有利于微生物的吸附固定,提高微生物的活性。立体弹性塑料填料与膜片结合可起到“骨架”支撑作用,避免膜片积压,降低填料容重,使生化反应池具有良好的流体动力学特性。 (5)运行A2/O生物膜工艺系统,动态试验结果表明: ①固态发酵豆皮、谷壳固定化产品投入实验室A2/O工艺系统中处理焦化废水,缺氧池中无NO3--N和NO2--N积累,反硝化作用明显。豆皮固定化产品对NH4+-N的降解能力可达到75.46%,优于谷壳固定化产品(62.55%)和湿菌体(38%)。豆皮、谷壳作为天然有机填料,在系统中是消耗的过程,能够避免排泥和污泥膨胀,节省某些异养菌外加营养物质的投加。由于产品长时间常温保存仍然能够保持微生物活性,可用于生化处理系统的快速启动和系统中毒后微生物活性快速恢复,为生物处理系统高效稳定运行提供了保障。 ②对比考察游离菌、4% PAC固定化球和三种活性炭纤维膜片固定化产品复合填料在A2/O工艺系统中对焦化废水的处理效果,结果表明:活性炭纤维膜片固定化产品复合填料对焦化废水的降解能力优于其它固定化产品:缺氧池出水N03--N和N02--N浓度分别稳定在1.96 mg/L和0.49mg/L,未产生氮的累积现象,COD去除率可达到60.92%。好氧池COD、氨氮降解效率分别达到78.83%和85.52%。活性炭纤维膜片固定化产品复合填料能稳定有效地降解焦化废水中的污染物,可作为适宜工艺应用的新型固定化方法。……   
[关键词]:焦化废水;优势脱氮菌群;固定化;固态发酵;脱氮;应用
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:安徽工程大学2010年