化学预处理对微生物电解促进污泥厌氧发酵工艺影响研究

摘要

传统污泥厌氧发酵存在污泥水解速度慢和单位污泥产能低的问题。目前已经有研究证实微生物电解可以有效的提高厌氧发酵产甲烷速率和增强厌氧发酵的稳定性，但是污泥发酵的碳源转化率仍然很低，水解依旧是限速步骤。为了进一步提高污泥碳源转化率和产甲烷速率，本研究提出用化学预处理促进剩余污泥水解，进一步提高微生物电解-污泥厌氧发酵耦合工艺的甲烷产率和转化效率，通过化学试剂的选择建立促进胞外聚合物与胞内物质的溶出的有效方法，研究后续微生物电解促进污泥发酵产甲烷过程的碳源转化规律，对剩余污泥梯级转化效率影响进行分析评价。
　　采用五种典型预处理试剂促进剩余污泥水解过程，构建剩余污泥短程产酸制备发酵液的预处理试剂，并对不同发酵液性质对微生物电解产氢效能影响进行了分析，比较了预处理试剂对挥发酸的积累及其对后续产氢的影响，中温发酵条件下3d获得挥发酸积累峰值，挥发酸积累量依次为环糊精>鼠李糖脂>过氧乙酸>SDS>NaOH>空白，其中环糊精组获得了最大的挥发酸积累量达到了4713 mgCOD/L，为空白的3.95倍。鼠李糖脂组总酸含量达到了3503 mgCOD/L，为空白的2.94倍。不同化学试剂促进产酸的机理不同，带来了挥发酸各组分比例差异，影响了后续微生物电解产能。通过剩余污泥水解产酸-微生物电解发酵液产氢分析表明，发酵组分中小分子挥发酸（乙酸和丙酸）比例越大越利于微生物电解产氢过程的能量回收效率。耦合体系梯级利用有机物获得最大氢气转化率达到8.5±0.5 mgH2/gVSS，不同碳源的转化效率顺序由高到低为：乙酸、丙酸、正丁酸、正戊酸、异戊酸和异丁酸，转化速率系数为乙酸341.32mgCOD/d(R2=0.97),丙酸147.99mgCOD/d(R2=0.99),正丁酸68.94 mgCOD/d(R2=0.91),异丁酸36.09mgCOD/d(R2=0.97),正戊酸53.44 mgCOD/d(R2=0.99)，异戊酸47.86mgCOD/d(R2=0.96)。
　　常温条件下，分析并提出了最优的预处理试剂，考察了预处理试剂对一体式微生物电解-污泥厌氧发酵工艺影响。考察预处理试剂对于污泥产甲烷的促进作用时发现，SDS的投加对产甲烷菌有很强抑制作用，环糊精组对于产甲烷有一定抑制作用，鼠李糖脂则对产甲烷菌基本不产生抑制作用，有利于应用到耦合工艺促进污泥产甲烷。选择鼠李糖脂作为提升微生物电解促进污泥厌氧发酵产甲烷耦合工艺的产甲烷性能的预处理试剂，获得较好效果。经鼠李糖脂预处理后，耦合系统的甲烷产量和产率都有所提高，总产量达到了78.4 mgCH4/gVSS，最大甲烷产率达到了156 mL/d，分别是为未经鼠李糖脂处理组的1.5和1.7倍。
　　结果表明，合适的预处理手段可以有效的促进剩余污泥水解产酸-微生物电解发酵液产氢过程，而鼠李糖脂作为一种生物表面活性剂，显示出其环境友好性，其对于促进污泥发酵产酸和一体式耦合工艺产能方面均获得了良好的效果，应用鼠李糖脂在污泥预处理上，为进一步缩短污泥发酵时间，提高微生物电解促进剩余污泥发酵产甲烷速率有很大的应用价值。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景及来源

1.2污泥厌氧发酵技术及限制因素剖析

1.3微生物电解技术在污泥厌氧转化过程的应用

1.4本文的研究目的和主要研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1实验仪器和试剂

2.2 实验装置及材料

2.3分析项目和检测计算方法

第3章 化学预处理促进污泥水解产酸及微生物电解产能效能分析

3.1引言

3.2化学预处理对污泥发酵产酸的影响

3.3不同预处理对微生物电解产能的影响

3.4本章小结

第4章 化学预处理对耦合系统的影响

4.1引言

4.2化学预处理对污泥常温厌氧发酵的影响

4.3化学预处理试剂对于耦合工艺的影响

4.4本章小结

第5章 鼠李糖脂预处理对微生物电解促进污泥厌氧发酵产甲烷效能分析

5.1引言

5.2鼠李糖脂对污泥厌氧发酵产甲烷的促进作用

5.3鼠李糖脂对有机物溶出与底物降解速率的影响

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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