养猪废水中重金属对UASB工艺及产甲烷菌群的影响研究

【摘要】随着我国生猪养殖业的飞速发展,日益增多的养猪废水已成为我国主要的农业污染源之一,对很多地区的水体,土壤和大气造成了明显的危害。上流式厌氧污泥床(UASB)是养猪废水处理当中常用的工艺措施,但是,养猪废水中重金属含量在一定程度上抑制了UASB反应器内厌氧微生物的生长和反应活性,加大了反应器启动调试难度,破坏了UASB运行的稳定性,导致UASB处理养猪废水效率下降、实用性能降低。本文使用两台相同的UASB反应器,在相同的环境和工艺参数下,同时处理养猪废水。实验主要由两个阶段构成。第一阶段研究了从启动调试期到稳定运行过程中,重金属铜、锌、铬的累积对UASB工艺指标的影响；由于第一阶段实验结果明确了重金属锌较强的影响作用,故第二阶段以锌为研究对象,将工艺运行指标与厌氧微生物机理相结合,展开单因素影响实验。通过向UASB反应器进水中添加锌,重点研究了不同浓度梯度锌对UASB产甲烷量和COD去除率的影响,并利用实时荧光定量PCR技术(QPCR),深入探讨了不同锌浓度下、不同时期产甲烷菌群的变化,为锌对UASB工艺的影响提供理论依据。主要结论如下：(1)在处理养猪废水过程中,UASB反应器总磷去除量较为稳定,维持20mg/L-30mg/L;UASB对氨氮没有去除效果；稳定期,UASB对COD的去除率较高,达70%左右,单以COD为衡量标准,可认为UASB是一种处理养猪废水的可行技术。(2)在UASB整个运行过程中,污泥内Cu2+和Cr3+累积状况较为一致；Zn2+的累积速度最快,累积量最高。最终,污泥中铜和铬的含量均为0.06mg/g左右,是同时期锌累积量(0.95mg/g)的1/15倍。厌氧污泥中锌的累积量对UASB各项指标的影响最为明显,其中,当厌氧污泥中锌含量超过1.22mg/g时,锌会严重阻碍UASB的启动。(3)锌添加量为5mg/L,10mg/L时,COD去除率和产甲烷量得到提高,即锌对UASB工艺产生了促进作用；当锌添加量超过15mg/l时,COD去除率和产甲烷量出现降低现象,即锌对UASB产生了抑制作用。(4)未添加锌之前,UASB反应器内甲烷微菌目(Methanomicrobiales,MMB)是优势菌种(60%),甲烷杆菌(Methanobacteriales,MBT)居中,甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales,MSL)(10%)含量较低。当锌添加量小于5mg/L,对三种产甲烷菌都有促进作用。当锌添加量达到10mg/L时,MSL已经出现抑制趋势,MMB和MBT仍然处于促进状态。当外源锌超过15mg/L时,三种产甲烷菌都会受到明显的抑制,其中MMB受到的抑制最明显。在整个实验过程中,甲烷球菌目(Methanococcales,MCC)都未被监测到,即MCC在处理养猪废水的UASB内难以生存。(5)锌对产甲烷菌的影响情况直接关系到COD去除率和甲烷产量的变化情况。产甲烷菌(尤其MMB)是锌为主要影响因素下决定UASB运行状况的核心因子。在实际工程中,若设定HRT为48h,反应温度为35℃,则可尝试控制养猪废水中锌的浓度低于17.8mg/L,或者培养有锌抗性的MMB菌群,从而实现UASB对养猪废水的高效稳定处理。
【作者】庹野；
【导师】朱端卫；
【作者基本信息】华中农业大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】16SrRNA基因；UASB；Zn2+；产甲烷菌群；厌氧污泥；

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