摘要
工业企业在生产过程中会产生大量的高盐有机废水，这类废水不仅盐分含量高，而且有机物含量较高，处理难度大。厌氧消化技术由于具备对污染物去除率高和可回收资源等优势，在高盐有机废水处理过程中被广泛使用。但在厌氧反应过程中，高盐分含量导致的高渗透压会对厌氧微生物尤其是产甲烷菌产生抑制，导致微生物活性下降甚至死亡，从而使废水处理效率降低。因此，需要采用适当方法对高盐有机废水厌氧处理性能进行强化。基于此，本研究首先采用增强电子传递的方式，探究纳米铁钴复合物（NICC）添加对高盐有机废水厌氧消化性能的强化作用。然后采用两相厌氧工艺处理高盐有机废水，探究不同盐分含量条件下其对高盐有机废水的处理性能，同时与投加NICC的强化性能进行比较，最终选择两相厌氧工艺用于强化高盐有机废水处理。在此基础上采用稻草灰作为钾源并提供碱度物质，进一步强化高盐有机废水的处理性能，并对强化机理进行分析。最后，探究投加稻草灰对高盐有机废水两相厌氧反应器的启动性能和长期运行过程的强化作用，为该方法应用于实际高盐有机废水处理提供参考和借鉴。主要研究结果如下： （1）制备NICC，用于强化高盐有机废水的厌氧处理性能。研究结果表明，盐分含量为3.0%时，在高盐有机废水厌氧处理系统中投加200mg/L的NICC，甲烷产量较对照组提升了43.49%，COD去除率增加至29.02%。NICC添加提高了反应过程中关键酶的活性和电子传递效率，刺激了胞外聚合物（EPS）的分泌，提高了氢营养型产甲烷菌Methanomassiliicoccus的相对丰度，强化了氢营养型产甲烷途径。 （2）采用两相厌氧工艺强化高盐有机废水处理性能，同时与投加NICC的强化效果进行对比，筛选出适宜于高盐有机废水厌氧消化处理的强化方法。研究结果表明，采用两相厌氧工艺对盐分含量分别为2.0%、3.0%和4.0%的有机废水进行处理，其COD去除率分别达到57%、44.5%和14.4%，而同样条件下的单相厌氧工艺对COD去除率仅为34.4%、18.2%和13.7%。两相厌氧工艺提高了甲烷产量，增强了乙酸激酶、脱氢酶和辅酶F420的活性。因此，两相厌氧工艺处理高盐有机废水的性能明显优于单相厌氧工艺。而且，对比高盐有机废水的处理性能，两相厌氧工艺优于投加NICC的单相厌氧工艺。 （3）在采用两相厌氧工艺的基础上，选择稻草灰作为钾源并提供碱度物质，进一步强化高盐有机废水的处理性能，并对其强化机理进行分析。研究结果表明，当盐分含量为3.0%时，在稻草灰最佳投加量（0.9g/L）条件下，高盐有机废水的两相厌氧处理性能得到有效提高，此时COD去除率达到98.1%，比对照组增加了48.9%，氢气和甲烷产量分别较对照组提高了51.7%和87.5%。稻草灰添加提高了产酸过程中有机物的水解酸化效率和乙酸在总挥发性脂肪酸（VFA）中的占比，同时加快了产甲烷相中乙酸、丙酸和丁酸的降解过程。稻草灰添加使微生物的耐盐性能提高，减少用于保护微生物的EPS的分泌，降低了能量消耗，进而提高了反应过程中关键酶的活性和电子传递效率。产酸相中Clostridiumsensustricto和产甲烷相中乙酸营养型产甲烷菌Methanothrix相对丰度提高，证明了稻草灰添加不仅强化了产酸阶段乙酸和氢气的产生，而且增强了产甲烷阶段中乙酸营养型产甲烷途径。 （4）采用两组两相厌氧反应器2-CK（对照组）和2-RSA（投加0.9g/L稻草灰）处理盐分含量为3.0%的高盐有机废水，分析投加稻草灰对两相厌氧反应器的快速启动和稳定运行性能的影响。研究结果表明，投加稻草灰后，微生物能够在反应初期快速适应高盐和高有机负荷环境，使两相厌氧反应器在高盐条件下启动成功。停止投加稻草灰后，2-RSA组仍能保持较好的有机物去除能力，在较高的有机负荷（OLR）条件下稳定运行。使用该工艺处理高盐有机废水时，反应器可选择在产甲烷相OLR为2.5-3.2kgCOD/(m3·d)的条件下运行，此时COD去除率可以达到50.0%以上。稻草灰添加增强了两相厌氧体系中脱氢酶、乙酸激酶和辅酶F420活性，增强了反应器的酸化性能和产甲烷性能；降低了高渗透压对细胞膜的伤害，减少胞内能量消耗。稻草灰添加提高了产酸相中葡萄糖酸化和乙酸产生的细菌Longilinea和Anaerolinea的相对丰度，从而有利于产酸性能的提升；同时提高了产甲烷相中乙酸营养型产甲烷菌Methanosaeta的相对丰度，有效帮助受高盐抑制较强的乙酸营养型产甲烷菌恢复活性，强化了乙酸营养型产甲烷过程。
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