强化产甲烷技术缓解废纸高钙废水厌氧处理中污泥钙化的可行性及机理研究
发布时间：2021-07-27 16:19
随着国民环保意识的增强和环保标准的不断收严,造纸工业的转型升级迫在眉睫。废纸造纸因其本身具有实现清洁化生产的潜力,已经成为我国造纸业的重要组成部分。但在纸张抄造过程中为了降低成本,提高纸张质量,会添加大量的碳酸钙填料,导致废水含有大量的钙离子。厌氧消化时,颗粒污泥会发生钙化,导致污泥活性降低,反应器处理能力减弱,严重时整个处理系统会发生崩溃。因此,颗粒污泥钙化已经成为废纸造纸废水厌氧消化的顽疾,亟待解决。分析发现,在厌氧消化过程中,高钙离子相当于一种抑制因子,其核心抑制是削弱污泥的产甲烷作用。那么反过来说,如果可以通过某些方法或技术手段强化污泥的产甲烷阶段,富集并加快产甲烷菌的生长代谢,那么就有可能减轻高钙离子的抑制作用,延缓钙化。在钙离子影响发挥途径明确和强化产甲烷技术已经优化的基础上,本研究将强化技术引入钙化污泥体系,通过分析钙化污泥的甲烷产量、理化性质、生物活性、微生物群落结构以及产甲烷途径等来验证方法的可行性,试图寻找一种更加高效、简单的方法来缓解污泥钙化。具体结论如下:第一部分,探究高钙离子与胞外聚合物（EPS）的相互作用。结果显示,高钙离子可以改变胞外聚合物的组分、浓度和官...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
厌氧消化过程及相关菌群[36]
广西大学硕士学位论文强化产甲烷技术缓解废纸高钙废水厌氧处理中污泥钙化的可行性及机理研究6初具体系，成果丰富，而且方法成熟、操作简单。因此，本研究将其作为后续研究所需的产甲烷强化方法并加以综述。1.4导电材料强化厌氧产甲烷的研究现状1.4.1导电材料强化产甲烷的理论基础图1-2产甲烷过程中电子的传递方式[43]Fig.1-2Electrontransportduringmethanogenesis[43].了解导电材料强化产甲烷效能的作用机制是理解这种工艺手段的基本要求。据文献显示，2010年，Summers等人首次在厌氧反应器中观察到Geobactermetallireducens和Geobactersulfurreducens在共培养条件下，可以借助C型细胞色素（Cytochromec,c-Cyts）实现直接种间电子传递（Directinterspecificelectrontransfer,DIET）[38]。这是一种全新的种间电子传递方式，一经发现就成为研究的热点。2011年至2014年，陆续有研究证实这种电子传递机制的存在，比如在厌氧反应器中发现地杆菌属（Geobacter）和产甲烷毛发菌属（Methanosaeta）之间就存在DIET[39]。此外，Methanosaetaharundinacea在以CO2为原料生成甲烷的过程中也被发现存在这种电子传递机制[40]。这些研究表明，在厌氧消化过程中不仅存在传统意义上的种间甲酸转移和种间氢转移，还存在另一种电子转移方式——直接种间电子转移（图1-1），即通过共享物理电连接在物种之间进行电子的细胞间转移[41-43]。阅读文献可知，目前DIET产甲烷的胞外电子转移方式有两种，一种是借助活性介质c-Cyts进行电子转移，另一种则是通过导电菌的鞭毛pili传递电子[35]。同种间氢/甲酸转移（遵循Fick扩散定律，导致电子传递受限）相比，DIET不需要电子穿梭体，也不需要合成氢/甲酸转移所需的功能酶（氢化酶），打破了电子传递的限制，减少了不必要的能量
广西大学硕士学位论文强化产甲烷技术缓解废纸高钙废水厌氧处理中污泥钙化的可行性及机理研究10EPS浓度、组成、官能团结构等的影响，解析钙离子影响的发挥途径，明晰EPS在厌氧消化中的作用和功能，为后续研究的开展奠定基矗（2）通过综述文献和总结前期研究，实验把ACET和EPS做为强化产甲烷研究的主要添加物。探究ACET和EPS对颗粒污泥理化性质、产甲烷能力和微生物群落结构等的影响，解析ACET和EPS的强化产甲烷机制，以便制定出更高效的方法来突破厌氧消化的技术瓶颈，为后续钙化污泥的研究做前期准备。（3）在钙离子影响发挥途径明确和强化产甲烷技术已经优化的基础上。将这种方法引入钙化污泥体系，旨在探究强化产甲烷技术是否可以解除高钙离子的抑制作用，达到延缓污泥钙化和修复钙化污泥的目的，并从污泥理化性质、产甲烷能力、微生物群落结构等方面加以分析，解析ACET和EPS在钙化污泥体系的作用机制，为钙化污泥的处置提供新的思路。1.7.2技术路线图图1-3本研究的总体路线Fig.1-3Theoverviewroadmapofthisstudy.
【参考文献】：
期刊论文
[1]某生产性IC反应器内颗粒污泥钙化规律的追踪调研[J]. 汪琴,张安龙,侯银萍. 中国造纸. 2020(02)
[2]浅析我国水资源可持续发展的现状[J]. 吴函纯. 国土与自然资源研究. 2019(03)
[3]中国造纸工业2018年度报告[J]. 造纸信息. 2019(05)
[4]造纸废水资源化和超低排放关键技术及应用[J]. 王双飞. 中国造纸. 2017(08)
[5]废纸造纸废水“零排放”与封闭循环技术浅析[J]. 刘琳,张安龙,罗清. 造纸装备及材料. 2016(04)
[6]水十条 水实条——对《水污染防治行动计划》的解读[J]. 石效卷,李璐,张涛. 环境保护科学. 2015(03)
[7]废纸造纸废水厌氧处理中降低反应器颗粒污泥钙化的研究[J]. 薛方勤,孙振亮,钱明,付宏祥,赵雪峰. 中国造纸. 2015(02)
[8]Pb2+对生物膜胞外聚合物（EPS）的影响研究[J]. 江孟,胡学伟,李姝,张燕,李媛,苏艺林. 安全与环境学报. 2014(04)
[9]福建颁布新的制浆造纸水污染物排放标准[J]. 中华纸业. 2013(05)
[10]废纸造纸废水结垢原因及防治对策研究[J]. 郭方峥,解林,刘伟京,涂勇,李多松,陆贤. 环境工程学报. 2010(12)
博士论文
[1]直接种间电子传递强化垃圾焚烧渗沥液厌氧生物处理效能的研究[D]. 雷雨晴.北京林业大学 2019
[2]基于胞外电子传递作用强化污水厌氧产甲烷效能研究[D]. 蔡伟伟.哈尔滨工业大学 2018
[3]厌氧产甲烷强化方法及其对厌氧微生物群落的影响机制[D]. 郭泽冲.哈尔滨工业大学 2017
[4]活性污泥胞外聚合物吸附重金属效能与机制研究[D]. 郑蕾.哈尔滨工业大学 2006
硕士论文
[1]废纸制浆造纸废水脱钙研究[D]. 马书雨.广西大学 2018
[2]生物电化学强化污泥厌氧消化产甲烷效能的研究[D]. 王万琼.哈尔滨工业大学 2018
[3]铁氧化物对电化学活性微生物胞外聚合物的影响[D]. 陈琪.合肥工业大学 2018
[4]碳源对厌氧菌群产甲烷活性与电子传递途径的影响研究[D]. 杨硕.山东建筑大学 2018
[5]胞外聚合物对厌氧氨氧化污泥性能的影响研究[D]. 郭静.中国矿业大学 2017
[6]导电矿物材料对乙酸钠厌氧产甲烷的影响[D]. 冯雪梅.合肥工业大学 2015
[7]新型两级分离厌氧IC反应器处理制浆造纸废水的运行研究[D]. 刘飞飞.郑州大学 2012
本文编号：3306123
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
厌氧消化过程及相关菌群[36]
广西大学硕士学位论文强化产甲烷技术缓解废纸高钙废水厌氧处理中污泥钙化的可行性及机理研究6初具体系，成果丰富，而且方法成熟、操作简单。因此，本研究将其作为后续研究所需的产甲烷强化方法并加以综述。1.4导电材料强化厌氧产甲烷的研究现状1.4.1导电材料强化产甲烷的理论基础图1-2产甲烷过程中电子的传递方式[43]Fig.1-2Electrontransportduringmethanogenesis[43].了解导电材料强化产甲烷效能的作用机制是理解这种工艺手段的基本要求。据文献显示，2010年，Summers等人首次在厌氧反应器中观察到Geobactermetallireducens和Geobactersulfurreducens在共培养条件下，可以借助C型细胞色素（Cytochromec,c-Cyts）实现直接种间电子传递（Directinterspecificelectrontransfer,DIET）[38]。这是一种全新的种间电子传递方式，一经发现就成为研究的热点。2011年至2014年，陆续有研究证实这种电子传递机制的存在，比如在厌氧反应器中发现地杆菌属（Geobacter）和产甲烷毛发菌属（Methanosaeta）之间就存在DIET[39]。此外，Methanosaetaharundinacea在以CO2为原料生成甲烷的过程中也被发现存在这种电子传递机制[40]。这些研究表明，在厌氧消化过程中不仅存在传统意义上的种间甲酸转移和种间氢转移，还存在另一种电子转移方式——直接种间电子转移（图1-1），即通过共享物理电连接在物种之间进行电子的细胞间转移[41-43]。阅读文献可知，目前DIET产甲烷的胞外电子转移方式有两种，一种是借助活性介质c-Cyts进行电子转移，另一种则是通过导电菌的鞭毛pili传递电子[35]。同种间氢/甲酸转移（遵循Fick扩散定律，导致电子传递受限）相比，DIET不需要电子穿梭体，也不需要合成氢/甲酸转移所需的功能酶（氢化酶），打破了电子传递的限制，减少了不必要的能量
广西大学硕士学位论文强化产甲烷技术缓解废纸高钙废水厌氧处理中污泥钙化的可行性及机理研究10EPS浓度、组成、官能团结构等的影响，解析钙离子影响的发挥途径，明晰EPS在厌氧消化中的作用和功能，为后续研究的开展奠定基矗（2）通过综述文献和总结前期研究，实验把ACET和EPS做为强化产甲烷研究的主要添加物。探究ACET和EPS对颗粒污泥理化性质、产甲烷能力和微生物群落结构等的影响，解析ACET和EPS的强化产甲烷机制，以便制定出更高效的方法来突破厌氧消化的技术瓶颈，为后续钙化污泥的研究做前期准备。（3）在钙离子影响发挥途径明确和强化产甲烷技术已经优化的基础上。将这种方法引入钙化污泥体系，旨在探究强化产甲烷技术是否可以解除高钙离子的抑制作用，达到延缓污泥钙化和修复钙化污泥的目的，并从污泥理化性质、产甲烷能力、微生物群落结构等方面加以分析，解析ACET和EPS在钙化污泥体系的作用机制，为钙化污泥的处置提供新的思路。1.7.2技术路线图图1-3本研究的总体路线Fig.1-3Theoverviewroadmapofthisstudy.
【参考文献】：
期刊论文
[1]某生产性IC反应器内颗粒污泥钙化规律的追踪调研[J]. 汪琴,张安龙,侯银萍. 中国造纸. 2020(02)
[2]浅析我国水资源可持续发展的现状[J]. 吴函纯. 国土与自然资源研究. 2019(03)
[3]中国造纸工业2018年度报告[J]. 造纸信息. 2019(05)
[4]造纸废水资源化和超低排放关键技术及应用[J]. 王双飞. 中国造纸. 2017(08)
[5]废纸造纸废水“零排放”与封闭循环技术浅析[J]. 刘琳,张安龙,罗清. 造纸装备及材料. 2016(04)
[6]水十条 水实条——对《水污染防治行动计划》的解读[J]. 石效卷,李璐,张涛. 环境保护科学. 2015(03)
[7]废纸造纸废水厌氧处理中降低反应器颗粒污泥钙化的研究[J]. 薛方勤,孙振亮,钱明,付宏祥,赵雪峰. 中国造纸. 2015(02)
[8]Pb2+对生物膜胞外聚合物（EPS）的影响研究[J]. 江孟,胡学伟,李姝,张燕,李媛,苏艺林. 安全与环境学报. 2014(04)
[9]福建颁布新的制浆造纸水污染物排放标准[J]. 中华纸业. 2013(05)
[10]废纸造纸废水结垢原因及防治对策研究[J]. 郭方峥,解林,刘伟京,涂勇,李多松,陆贤. 环境工程学报. 2010(12)
博士论文
[1]直接种间电子传递强化垃圾焚烧渗沥液厌氧生物处理效能的研究[D]. 雷雨晴.北京林业大学 2019
[2]基于胞外电子传递作用强化污水厌氧产甲烷效能研究[D]. 蔡伟伟.哈尔滨工业大学 2018
[3]厌氧产甲烷强化方法及其对厌氧微生物群落的影响机制[D]. 郭泽冲.哈尔滨工业大学 2017
[4]活性污泥胞外聚合物吸附重金属效能与机制研究[D]. 郑蕾.哈尔滨工业大学 2006
硕士论文
[1]废纸制浆造纸废水脱钙研究[D]. 马书雨.广西大学 2018
[2]生物电化学强化污泥厌氧消化产甲烷效能的研究[D]. 王万琼.哈尔滨工业大学 2018
[3]铁氧化物对电化学活性微生物胞外聚合物的影响[D]. 陈琪.合肥工业大学 2018
[4]碳源对厌氧菌群产甲烷活性与电子传递途径的影响研究[D]. 杨硕.山东建筑大学 2018
[5]胞外聚合物对厌氧氨氧化污泥性能的影响研究[D]. 郭静.中国矿业大学 2017
[6]导电矿物材料对乙酸钠厌氧产甲烷的影响[D]. 冯雪梅.合肥工业大学 2015
[7]新型两级分离厌氧IC反应器处理制浆造纸废水的运行研究[D]. 刘飞飞.郑州大学 2012
本文编号：3306123
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