零價鐵-厭氧污泥聯(lián)合體系處理豬場廢水的研究.pdf

1、近年來，隨著我國規(guī)?；B(yǎng)豬業(yè)的加速發(fā)展，由豬場產(chǎn)生的糞尿等污染物對周邊的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了巨大影響。厭氧生物技術(shù)以其有效、可靠、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于現(xiàn)行的豬場廢水處理，但運行過程中存在處理效果不穩(wěn)定、出水COD和氮磷濃度偏高、甲烷產(chǎn)量不高等問題。零價鐵(ZVI)作為一種還原性強(qiáng)且廉價的材料，被證明可在厭氧環(huán)境中為微生物提供電子，改善厭氧反應(yīng)環(huán)境，從而促進(jìn)氯代有機(jī)物、硝基化合物和偶氮染料等有機(jī)物的生物降解。因此，本文采用ZVI-厭氧污泥聯(lián)合體

2、系來處理豬場廢水，以添加零價鐵的方式提高豬場廢水厭氧處理段的有機(jī)物去除效果和甲烷產(chǎn)量，這對于探索新型豬場廢水處理技術(shù)，具有重要的理論意義。本論文的主要研究成果如下:
　　1、利用批次實驗，探究了投加鐵的種類、初始pH值、鐵投加量等因素對ZVI-厭氧污泥聯(lián)合體系處理效果的影響。結(jié)果表明:鐵粉和鐵屑這兩種類型ZVI投加可分別使厭氧體系的COD去除率提高8.63％和4.32％，去除速率提高32.47％和20.98％，以及最終的甲烷產(chǎn)量提

3、高24.39％和13.04％，且鐵粉的強(qiáng)化效果優(yōu)于鐵屑。pH研究表明，當(dāng)初始pH值從5升高到8時，聯(lián)合體系的COD去除率和去除速率分別從76.83％和14.52mgCOD/(gVSS·h)升高到83.45％和18.54mgCOD/(gVSS·h)。但在初始pH值為6時，ZVI投加對COD去除速率的提高幅度最大。鐵投加量的研究表明，當(dāng)鐵和污泥的質(zhì)量比從0升高到2.63時，體系中的COD去除率和去除速率分別從75.14％和14.20mgCO

4、D/(gVSS·h)升高到90.64％和19.81mgCOD/(gVSS·h)，甲烷產(chǎn)量也從3.02mmol升高到6.07mmol。但鐵泥比進(jìn)一步提高到5.26時，聯(lián)合體系的處理性能出現(xiàn)下降。在該鐵投加量下，微生物細(xì)胞出現(xiàn)破損，代謝活性降低。在鐵的強(qiáng)化效益方面，鐵泥比為0.74時，單位質(zhì)量鐵對COD去除速率以及甲烷生成的貢獻(xiàn)率都為最大。故兼顧效率性和經(jīng)濟(jì)性，聯(lián)合體系的鐵泥比范圍在0.74～2.63之間較為適宜。
　　2、利用連續(xù)流

5、實驗，探究了ZVI-UASB聯(lián)合體系的運行性能。以不加ZVI的普通UASB反應(yīng)器為對照，比較了ZVI-UASB反應(yīng)器對豬場廢水的處理效果、反應(yīng)器中顆粒污泥的理化特征以及ZVI的形態(tài)變化。結(jié)果表明:與對照組相比，在負(fù)荷為20g/L·d-1時，ZVI添加使反應(yīng)器的COD去除率、磷酸鹽去除率以及容積產(chǎn)氣率分別提高了8.5％、27.8％和50％，增強(qiáng)了反應(yīng)器抵抗負(fù)荷沖擊和進(jìn)水pH值波動的能力。此外，ZVI的添加使污泥中總胞外多聚物的含量提高了5

6、3.24％，其中蛋白質(zhì)含量的增加幅度大于多糖。和對照組的顆粒污泥相比，ZVI-厭氧顆粒污泥中菌體間的黏連性更好，污泥顆粒結(jié)構(gòu)更緊湊，產(chǎn)甲烷活性提高了44％。隨著反應(yīng)器的運行，ZVI會發(fā)生緩慢的腐蝕溶出Fe2+，且出水Fe2+濃度從最初的9.02mg/L逐漸減小至4.51mg/L。此外，一些ZVI會被污泥包裹，參與污泥顆粒化過程;一些ZVI表面反應(yīng)生成了Fe3(PO4)2和Fe3O4。
　　3、利用qPCR及高通量測序技術(shù)，探究了Z

7、VI添加對厭氧反應(yīng)系統(tǒng)微生物群落的影響。結(jié)果表明:ZVI-UASB反應(yīng)器中，與產(chǎn)甲烷相關(guān)的mcrA基因豐度為對照組（不添加ZVI）的1.36倍，ZVI的添加增強(qiáng)了反應(yīng)器的產(chǎn)甲烷能力。高通量測序結(jié)果顯示，古菌方面，ZVI的添加使反應(yīng)器中的甲烷毛狀菌屬（Methanosaeta）和甲烷桿菌屬（Methanobacterium）的豐度顯著提高，而Miscellaneous_Euryarchaeotic_Group(MEG)和Euryarcha

8、eota_ unclassified等菌群的豐度降低。細(xì)菌方面，ZVI添加使互營單胞菌屬（Syntrophomonas）、互營菌屬（Syntrophus）、Pelotomaculum等互營代謝菌群以及梭菌屬（Clostridium）、胃瘤球菌屬（Ruminococcus）和密螺旋體屬（Treponema）等同型產(chǎn)乙酸菌的豐度提高，而VC2.1_ Bac22_ norank、Lutispora、Bacteriovoracaceae_unc