餐厨垃圾发酵废水MBR有机物降解途径解析及混凝效能研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:joseph0330
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针对餐厨垃圾发酵废水有机物浓度高、组分复杂,处理难度大;现有餐厨垃圾发酵废水处理工程主流MBR(A/O+超滤)处理工艺中有机物降解途径、微生物作用机制不明,处理成本高等问题,结合典型的餐厨垃圾发酵废水处理工程,利用三维荧光光谱(3D-EEM)、分子量切割、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、固相微萃取-气相色谱/质谱联用分析(SPME-GC/MS)等方法,对餐厨垃圾发酵废水有机污染物组分进行深度解析,对有机污染物在MBR(二级A/O-超滤)处理工程中各工艺单元的降解途径及其微生物作用机制进行深度解析;在此基础上,研发高效低成本餐厨垃圾发酵废水A/O-混凝处理技术,重点探究了混凝剂种类、pH、温度对混凝去除餐厨垃圾发酵废水有机污染物效能的影响,得出了餐厨垃圾发酵废水A/O-混凝高效处理的关键参数,并且,通过平行因子法(PARAFAC)-3D-EEM技术和Zeta电位分析,揭示了混凝的作用机理。研究得出了如下主要结论:餐厨垃圾与城镇污水厂污泥联合发酵废水处理工程有机物降解途径研究结果表明:水解酸化、A/O、超滤工艺单元进水BOD5/COD值分别为0.2、0.43、0.04,各工艺单元对COD去除的分担率分别为17.95%、62.37%、12.90%。PARAFAC-3D-EEM测试分析表明,水解酸化单元出水经二级A/O单元处理之后,对类色氨酸、UVC类腐殖酸+UVA海洋来源类腐殖酸和UVC类腐殖酸+UVA类腐殖酸的去除率分别为96.97%、78.86%和22.48%,并且,超滤单元对二级A/O单元出水残留的难降解UVC类腐殖酸+UVA类腐殖酸去除效果较差,去除率仅为4.29%。SPME-GC/MS测试结果表明:经过水解酸化处理后,进水中28种有机物未能检测到,新增28种有机物,总色谱峰面积仅降低6.60%;从二级A/O生物池出水中共检测出14种有机物,较进水有机物种类减少了76%,总色谱峰面积降低了99.10%。对超滤单元出水难降解有机物解析发现,其有机物主要为UVA类大分子芳香族腐殖酸,分子量主要分布在5 k Da~500 Da之间。此外,16S r RNA高通量测序结果表明:水解酸化工艺单元有机物降解功能菌属主要有Desulfobulbus、Comamonas、Advenella、Fastidiosipila、Eubacterium、Sedimentibacter;A/O工艺单元有机物降解功能菌属主要有Ruminococcaceae_NK4A214_group、Lactobacillus、unclassified_f_Clostridiaceae_1。餐厨垃圾单独发酵废水处理工程有机物降解途径研究结果表明:一级缺氧和一级好氧生物1a单元、一级好氧2a、二级缺氧和二级好氧生物单元、超滤单元进水BOD5/COD值分别为0.34、0.08、0.08和0.06,各工艺单元对COD去除的分担率分别为95.48%、-0.3%、0.6%和2.61%,COD主要通过一级缺氧和一级好氧生物1a单元去除。分子量切割和3D-EEM测试结果表明,废水中有机污染物的最主要组成为类蛋白质物质(包括类色氨酸和类酪氨酸),其分子量主要分布在<500 Da,这部分类蛋白质物质经过一级缺氧和一级好氧1a生物单元的处理后被去除,其出水中残留的有机污染物主要为UVC类腐殖酸+UVA海洋来源类腐殖酸,其无法被后续的生物单元降解,超滤膜组件也只能拦截去除小部分。同时,SPME-GC/MS测试结果表明:生物单元进水经过一级缺氧和一级好氧1a单元处理后,有机物种类减少了72.4%,色谱峰总面积从156683021降至6079199,去除率高达96.1%。16S r RNA高通量测序结果表明:在A/O生物单元中,优势有机物去除功能菌属主要有Rubrivivax、unclassified_f_Saprospiraceae、Amaricoccus、unclassified_f_Hyphomonadaceae、Thermomonas、Dokdonella、Thauera。混凝剂种类、pH、温度对餐厨垃圾发酵废水难降解有机物混凝去除效能影响显著。FeCl3容易与UVC类腐殖酸、UVA海洋来源类腐殖酸和UVA类腐殖酸等致色有机物发生表面络合反应,对难降解有机物的去除效能较Al Cl3和Al2(SO4)3高;复配混凝剂FeCl3+PDADMAC对难降解有机物去除效能较FeCl3+中性PAM高,PARAFAC-3D-EEM分析表明:投加絮凝剂PDADMAC,能够显著提高对UVC类腐殖酸+UVA类腐殖酸的去除效果。当废水初始pH值较低时,FeCl3、Al Cl3和Al2(SO4)3的深度处理效能显著提高,可减少混凝剂投加量;Zeta电位分析表明:废水初始pH值的变化与初始Zeta电位的变化呈线性负相关;降低废水的初始pH值,能够提高混凝剂对UVC类腐殖酸+UVA海洋来源类腐殖酸的去除能力。随温度升高混凝处理效能降低,温度影响程度大小排序,无机金属盐混凝剂为FeCl3≈Al Cl3>Al2(SO4)3,聚合混凝剂为PAC>PFC≈PAC。在餐厨垃圾发酵废水二级A/O-混凝(FeCl3)组合处理系统中,进水COD浓度为7310 mg/L,一级缺好氧、一级好氧、二级缺氧、二级好氧和混凝单元对COD去除的分担率分别为42.68%、28.18%、14.91%、4.89%和5.48%,COD总去除率达到96.14%,出水COD稳定达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)中的三级标准;相较于餐厨垃圾发酵废水处理工程MBR处理工艺,该组合系统运行费用降低了28.52%。
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