剩余污泥厌氧产酸小试过程控制及微生物种群演替规律研究

摘要

随着污水处理规模的不断增加，污泥的产量越来越多，污泥的处理与处置问题已经成为污水处理领域的重点和难点问题。污泥厌氧发酵过程中产酸阶段能够产生大量的挥发性脂肪酸，这些脂肪酸能够作为强化生物脱氮除磷过程中的碳源，解决脱氮除磷工艺运行过程中碳源不足这一矛盾。虽然目前污泥碱性产酸的研究较多，但是关于碱性发酵过程中，各有机物的降解规律并无详细阐述；微生物种群演替规律与脂肪酸积累之间的关系缺乏深入研究；对于发酵后污泥作为种泥对污泥产气性能的影响研究较少。
　　本研究采用EGSB反应器，条件控制中温（35±1℃）和pH=10，研究有机物的变化规律、氮和磷的释出和污泥的减量效果，同时测定了挥发性脂肪酸的产量和各酸的分布，找出了剩余污泥最佳污泥水解发酵产酸时间，并讨论了污泥碱性发酵后，剩余污泥作为种泥对污泥产气效果的影响。最后通过高通量测序，分析剩余污泥在碱性发酵过程中微生物的演替规律，从微生物的角度揭示了碱性条件促进污泥产酸的机理。
　　研究表明，反应器内SCOD在发酵周期内含量逐渐增大，并且前8天的增势更明显，氨氮、正磷酸盐和总挥发性脂肪酸在发酵周期的前8天浓度逐渐升高，之后随污泥停留时间的延长含量逐渐降低。根据实验结果确定8天为反应器最佳的污泥水解酸化时间。挥发性脂肪酸主要由乙酸、丙酸、异丁酸、正丁酸、异戊酸和正戊酸组成，并且乙酸的含量始终是最大的，占到了总挥发酸量的82％左右，紧随其后的是丙酸，其占总挥发酸量的12%左右，其余四中挥发酸的总量仅占总挥发酸的5%左右。这与高通量测序结果中菌群的结构组成是对应的。
　　TCOD、SS和VSS在发酵周期内均呈现逐渐减少的趋势。在剩余污泥的整个发酵周期内，有将近20%的TCOD被去除。SS和VSS在发酵周期的前8天减量比较明显，之后降势较为缓慢，8 d是较为经济合适的污泥减量发酵时间。发酵8天后的剩余污泥作为种泥，其产气量高于原污泥和发酵2天的污泥。
　　剩余污泥中碱性发酵过程中，Firmicutes、Proteobacteria和Actinobacteria这三个门类细菌为主要菌种，其总百分含量在发酵周期内呈现先增大后减小的规律，在发酵开始后第2天时达到最高94.6%，发酵8天时的百分含量为87.7%。污泥停留时间为8天时，Clostridia的含量最大，其次为Actinobacteria，Anaerolineae和Betaproteobateri的含量次之。污泥停留时间超过8天时，会导致含有许多致病菌的Gammaproteobateria的大量繁殖。
　　在发酵周期的前8天，TVFAs和总产酸菌均随发酵时间的延长而增长，两者呈正相关关系，8天为最适污泥碱性厌氧发酵产酸时间。Clostridium、Bacillus、Amphibacillus和Peptostreptococcaceae为剩余污泥厌氧产VFAs过程中的优势菌群。总产酸菌属中大多数的菌属发酵产乙酸，另外的菌属产混合脂肪酸，因此乙酸在TVFAs中所占比例最大。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 污泥的处理与处置

1.3污泥厌氧水解产酸

1.4 污泥厌氧水解酸化液的资源化利用及存在的问题

1.5 本课题的主要研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验装置与运行方法

2.2 污泥来源与性质

2.3 实验设备

2.4试验检测项目与测定方法

2.5微生物种群结构解析

第3章 剩余污泥厌氧发酵规律研究

3.1 引言

3.2 剩余污泥碱性厌氧发酵产酸反应器的启动

3.3剩余污泥碱性发酵过程中有机物溶出规律研究

3.4挥发性脂肪酸的产生和分布规律

3.5剩余污泥的减量效果研究

3.6发酵后剩余污泥作为种泥对污泥产气效果的影响

3.7本章小结

第4章 污泥碱性厌氧发酵产酸过程中微生物种群演替规律研究

4.1 引言

4.2 系统多样性分析

4.3 剩余污泥厌氧发酵过程中微生物演替规律

4.4 本章小结

结论

参考文献

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