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离子交换膜生物反应器去除水源水中高氯酸盐的研究

作　者: 梁方圆
导　师: 高孟春
学　校: 中国海洋大学
专　业: 环境工程
关键词: 离子交换膜生物反应器高氯酸盐水源水聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳克隆
分类号: TU991.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本论文从进水高氯酸盐浓度、进水断面宽度和水力停留时间三个方面展开讨论,对离子交换膜生物反应器（ion exchange membrane bioreactor, IEMB）去除水源水中高氯酸盐的性能进行了系统的研究。通过分析运行过程中各项指标的变化规律,确定了离子交换膜生物反应器的最佳运行条件及设计参数。采用电镜扫描（SEM）、聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）和克隆技术相结合的方法,解析了运行过程中微生物种群结构的演替变化,并通过DNA测序确定了优势菌的种类。在水力停留时间一定的条件下,通过改变进水ClO4-浓度研究离子交换膜生物反应器的性能。试验结果表明,①随着进水ClO4-浓度的增加,出水ClO4-浓度升高,ClO4-去除率降低。当进水ClO4-浓度的范围在29.30～104.24gμg/L内,出水ClO4-浓度的范围为0.04-19.00μg/L,除了运行第49d和第51d之外,均满足美国环保署（USEPA）规定的标准18μg/L。②ClO4-膜通量随着进水Cl04-浓度的增加呈增大的趋势。③在进水ClO4-浓度增大的初期,厌氧生物反应器污泥上清液中ClO4-浓度、水流动室出水Cl-浓度和出水电导率值增大。随着运行时间的增加,污泥上清液中ClO4-浓度逐渐降低,一般保持在10μg/L以下；出水Cl-浓度缓慢下降,最后稳定在90mg/L左右；出水电导率值呈逐渐下降趋势,最后保持在279μs/cm左右。在相同运行条件下,考察了进水断面宽度的变化对离子交换膜生物反应器性能的影响。结果显示：①水流动室出水ClO4-浓度和ClO4-膜通量随进水断面宽度的增大而增加,出水Cl-浓度随进水断面宽度的增大而减小。②水流动室出水电导率的值与水流动室的尺寸有关,进水断面宽度越大,电导率变化幅度越大。③厌氧生物反应器污泥上清液中ClO4-浓度随进水断面宽度的增大而增加。在运行过程中,厌氧生物反应器中的高氯酸盐会产生暂时积累现象,经2-8d后被还原至4μg/L以下。在进水ClO4-浓度一定的条件下,研究水力停留时间的变化对离子交换膜生物反应器性能的影响。研究结果表明：①随着HRT的减小,出水ClO4-浓度、ClO4-膜通量、出水Cl-浓度和出水电导率呈增大的趋势。②在HRT减小的初期,厌氧生物反应器污泥上清液中ClO4-浓度增大,随后ClO4-浓度逐渐降低或达到稳定状态,一般保持在2.0μg/L以下。通过SEM、PCR-DGGE和克隆技术相结合的方法考察了进水ClO4-浓度对离子交换膜生物反应器微生物种群结构的影响。研究结果发现,随着运行时间的增加,微生物的形态发生了显著的变化,但整个运行过程杆菌和球菌为主要变化菌种。DGGE条带比较图及系统进化树都说明,运行过程中微生物的多样性良好,且群落发生了复杂的变化。反应器系统中的菌群主要包括α、β、γ、δ-变形菌纲、放线菌纲、梭菌纲和拟杆菌纲,其中变形菌门为主要菌群。虽然微生物在整个运行过程中发生了复杂变化,但是系统中存在某些菌种在整个过程中保持优势地位,如Desulfovibrio alaskensis strain Jlac、Devosia sp.1_C16₂7、Mesorhizobium temperatum strain SDW 018和Delftia acidovorans isolate As3-4等,可以推测这些菌种是高氯酸盐还原菌的主要组成部分。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
1 绪论  13-30
  1.1 高氯酸盐的性质、来源和危害  13-15
    1.1.1 高氯酸盐的性质  13
    1.1.2 高氯酸盐的来源  13-14
    1.1.3 高氯酸盐的危害  14-15
  1.2 水体中高氯酸盐的污染现状  15-17
  1.3 水体中高氯酸盐的去除方法  17-25
    1.3.1 物理法  17-19
    1.3.2 化学法  19-21
    1.3.3 生物法  21-25
  1.4 离子交换膜生物反应器的研究概况  25-28
    1.4.1 离子交换膜生物反应器的原理  25-26
    1.4.2 国外研究进展  26-28
    1.4.3 国内研究现状  28
  1.5 研究内容和目的  28-30
2 进水ClO_4~-浓度对离子交换膜生物反应器去除ClO_4~-效果的影响  30-55
  2.1 试验装置与试验方法  30-37
    2.1.1 试验装置  30-31
    2.1.2 试验材料  31-33
    2.1.3 试验仪器及设备  33
    2.1.4 物化指标分析方法  33-34
    2.1.5 微生物种群结构分析方法  34-37
  2.2 试验结果与讨论  37-54
    2.2.1 高氯酸盐还原污泥的培养与驯化  37-38
    2.2.2 水流动室出水ClO_4~-浓度及去除率的变化  38
    2.2.3 ClO_4~-膜通量的变化  38-39
    2.2.4 污泥上清液ClO_4~-浓度的变化  39-40
    2.2.5 水流动室出水Cl~-浓度的变化  40-41
    2.2.6 水流动室出水pH值的变化  41-42
    2.2.7 污泥上清液pH值的变化  42
    2.2.8 水流动室出水电导率的变化  42-43
    2.2.9 污泥上清液电导率的变化  43
    2.2.10 污泥上清液ORP值的变化  43-44
    2.2.11 厌氧污泥的微生物形态变化  44-45
    2.2.12 微生物种群结构解析  45-54
  2.3 小结  54-55
3 进水断面宽度对离子交换膜生物反应器去除ClO_4~-效果的影响  55-63
  3.1 试验装置与试验方法  55-56
    3.1.1 试验装置  55
    3.1.2 试验材料  55-56
    3.1.3 试验仪器及设备  56
    3.1.4 分析方法  56
  3.2 试验结果与讨论  56-62
    3.2.1 水流动室出水ClO_4~-浓度及去除率的变化  56-57
    3.2.2 ClO_4~-膜通量的变化  57-58
    3.2.3 污泥上清液ClO_4~-浓度的变化  58
    3.2.4 水流动室出水Cl~-浓度的变化  58-59
    3.2.5 水流动室出水pH值的变化  59-60
    3.2.6 污泥上清液pH值的变化  60
    3.2.7 水流动室出水电导率的变化  60-61
    3.2.8 污泥混合液ORP值的变化  61-62
  3.3 小结  62-63
4 水力停留时间对离子交换膜生物反应器去除ClO_4~-效果的影响  63-71
  4.1 试验装置与试验方法  63-64
    4.1.1 试验装置  63
    4.1.2 试验材料  63-64
    4.1.3 试验仪器及设备  64
    4.1.4 分析方法  64
  4.2 试验结果与讨论  64-69
    4.2.1 水流动室出水ClO_4~-浓度及去除率的变化  64-65
    4.2.2 ClO_4~-膜通量的变化  65
    4.2.3 污泥上清液ClO_4~-浓度的变化  65-66
    4.2.4 水流动室出水Cl~-浓度的变化  66-67
    4.2.5 水流动室出水pH值的变化  67
    4.2.6 污泥上清液pH值的变化  67-68
    4.2.7 水流动室出水电导率的变化  68-69
    4.2.8 污泥混合液ORP值的变化  69
  4.3 小结  69-71
5 结论  71-73
参考文献  73-81
致谢  81-82
个人简历  82
发表的学术论文  82

离子交换膜生物反应器去除水源水中高氯酸盐的研究

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