基于低强度超声波辐照厌氧污泥的厌氧折流板反应器处理效能研究

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1、博士学位论文基于低强度超声波辐照厌氧污泥的厌氧折流板反应器处理效能研究TREATMENTEFFICIENCYOFANAEROBICSLUDGEIRRADIATEDBYLOWINTENSITYULTRASOUNDINANAEROBICBAFFLEDREACTOR朱易春哈尔滨工业大学2015年10月万方数据国内图书分类号：TU991.2学校代码：10213国际图书分类号：628.162密级：公开工学博士学位论文基于低强度超声波辐照厌氧污泥的厌氧折流板反应器处理效能研究博士研究生：朱易春导师：杜茂安教授副导师：李欣副教授申请学位：工学博士学科：

2、市政工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2015年10月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TU991.2U.D.C:628.162DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringTREATMENTEFFICIENCYOFANAEROBICSLUDGEIRRADIATEDBYLOWINTENSITYULTRASOUNDINANAEROBICBAFFLEDREACTORCandidate：ZhuYichunProf.DuMaoanSupervisor：Associ

3、ateProf.LiXinAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MunicipalEngineeringAffiliation：SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineeringDateofDefence：October,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据摘要摘要低强度超声波辐照可提高微生物活性，促进污水生物处理效率，因而被认为是一项很

4、有发展前景的新技术。厌氧生物处理低浓度污水存在一些急需解决的问题，例如：在低温下厌氧微生物生长慢，对基质的降解速率低；由于产气量小，导致固液传质效率低；产甲烷菌的生存条件苛刻，反应器的启动周期长。研究表明：低强度超声波辐照技术能促进微生物代谢过程中酶与底物的接触，并能改变酶分子的构象以增加酶的生物活性，因而可以显著提高生物活性从而强化污水生物处理。因此，论文研究了频率为20kHz的低强度超声波辐照作用下，不同的超声参数对促进厌氧污泥活性的效果；考察了周期性低强度超声波辐照对反应器内厌氧污泥生物活性的影响，阐明了低强度超声波辐照污泥提高污水

5、有机物降解效率的作用机制；借助分子生物学手段，揭示了低强度超声波辐照对污泥微生物群落结构的影响。其主要研究内容及结果如下：首先，通过小试试验，以厌氧折流板反应器（AnaerobicBaffledReactor，ABR）工艺中的厌氧污泥为研究对象，采用辅酶F420及脱氢酶活性为表征，研究了厌氧污泥在超声波输入功率密度为0.02~0.4W/mL、辐照时间0~60min处理后活性的变化。研究发现，超声波辐照优化参数对不同特性污泥的促进均有一个比较窄的适用范围，合适强度的超声波辐照能够强化厌氧污泥的初期吸附能力，并对污水厌氧生物处理降解有机物有明

6、显的促进作用。对不同性质的厌氧污泥进行超声波辐照研究，发现辐照污泥浓度达到40g/L时会提高混合液空化阈值从而减弱强化效果，低底物浓度比高底物浓度更有利于提高厌氧污泥的活性，但当底物浓度低于200mg/L时，会削弱污泥活性强化效果，超声过程中的间歇搅拌能够提高厌氧污泥辐照效果。在前期优化试验的基础上，采用两组自制ABR工艺并行启动运行，控制进水COD浓度约600mg/L，超声组ABR选择辐照间隔周期为24h，辐照污泥比例为10%的条件下，通过与对照组ABR比较试验发现，超声组比对照组能更快适应环境的变化，低强度超声波辐照可以缩短ABR处理

7、污水的启动时间，提高污水COD去除率。持续周期性的超声作用使污泥胞外聚合物组成成分发生变化，超声作用抑制了微生物代谢过程中转化多糖的途径，可能是超声导致微生物菌群发生变化而造成EPS中多糖含量的降低；超声的机械效应及稳态空化效应使污泥细胞表面瞬间造成损伤，低强度、短时间辐照产生的伤口小，易被微生物自身修复，修复过程中导致蛋白酶的分泌增加，污泥活性增强；周期性的超声作用使得超声组微生物胞内释放的DNA大于对照组，主要是持续的超声造成部分微生物更快的衰亡从而能释放出更多的DNA。-I-万方数据哈尔滨工业大学工学博士学位论文为了更进一步优化超声

8、波耦合ABR处理污水的工艺运行参数，在稳定运行的反应器中，采用不同的辐照间隔周期和辐照污泥比例进行组合处理污水研究，发现辐照间隔周期为16h，辐照污泥比例为7%时，COD去除率达81.6%，比