污泥预处理提升剩余污泥与菌糠共发酵产酸效能的研究

摘要

水需求量日益增大常常伴随着污水处理负荷增大,从而导致的二次沉淀池的剩余污泥产量急剧增高。利用剩余污泥生产附加值高的短链挥发酸是一条极具前景的道路。但是由于剩余污泥的厌氧发酵过程细胞破壁过程艰难以及碳氮比失衡导致发酵过程缓慢且效率低下。因此,采用污泥预处理技术加速细胞破壁,同时投加农业废弃物双孢菇菌糠可以提高剩余污泥C/N,从而提高污泥厌氧发酵产酸速率。本课题以剩余污泥和双孢菇菌糠为原料共同发酵产酸,采用均匀设计与响应曲面相结合的方法对剩余污泥与双孢菇菌糠的投加比例、三种预处理方式(碱、热碱、双频超声)进行优化,以得到最大产量的挥发酸为目的,最终得出最佳工艺参数。并在该工艺参数下,进行半连续流实验,探讨剩余污泥与菌糠共发酵体系产酸效能的提升以及实践应用的可行性。
　　采用响应曲面法优化得出的最佳参数为碱预处理条件下碱投加量为0.075g/gTSS,菌糠投加量为0.9g/gTSS,预测最大挥发酸产量为7802mgCOD/L;热碱预处理条件下碱投加量为0.11g/gTSS,80.7℃下加热处理29.7min,菌糠投加量为0.82g/gTSS,预测最大挥发酸产量为10235mgCOD/L;超声预处理条件下声能密度为0.98kw/L,处理时间为29.7min,投加菌糠量为0.57g/gTSS,预测最大挥发酸产量为8128mgCOD/L。实际值与预测值十分接近,能够验证模型的有效性。
　　在上述参数条件下进行半连续流的污泥厌氧发酵产酸试验,试验结果表明预处理后的剩余污泥与双孢菇菌糠共发酵提高了液相中碳水化合物、蛋白质等溶解性有机质的浓度,改善了发酵体系的碳氮比,对污泥厌氧发酵产酸起到良好的促进作用。三种不同的预处理方式均可以有效促进氨氮、磷酸盐的释放。其中,溶解性蛋白质与空白相比分别提高55.2％,61.7%,45.4%,溶解性总糖与空白相比分别提高78.4%,82.6%,75.2%。在作用周期方面,碱、热碱预处理方式对剩余污泥的作用周期较超声预处理更长,对后续产酸影响更大。3种共发酵体系从促进污泥产酸和经济性方面排序为热碱预处理>碱预处理>超声预处理,且相对于单独剩余污泥厌氧发酵产酸量分别提高71.8%、66.7%、63.2%。3组反应器中占优势的酸均为乙酸、丙酸,而碱预处理组戊酸产量较高为14.4%,超声处理组丁酸产量较高为16.9%。
　　综上所述,污泥预处理能够明显提升剩余污泥与双孢菇菌糠共发酵产酸效能,同时能够实现剩余污泥的减量化和资源化。

目录

污泥预处理提升剩余污泥与菌糠共发酵产酸效能的研究

IMPROVEMENT OF ACIDIFICATION PERFORMANCE DURING ANAEROBIC CO-FERMENTATION OF WASTE ACTIVATED SLUDGE AND SPENT MUSHROOM SUBSTRATES UNDER PRETREATMENTS

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究目的与意义

1.2 剩余污泥处理处置技术

1.3 剩余污泥厌氧发酵产酸研究现状

1.4 剩余污泥预处理技术研究进展

1.5 双孢菇菌糠处理与处置现状

1.6 污泥与外加碳源联合发酵产酸的研究进展

1.7 均匀设计与响应曲面法的研究进展

1.8 本文研究内容

第2章 试验材料与方法

2.1 试验材料

2.2 试验装置

2.3 试验方法与设计

2.4 测试项目及分析方法

第3章 基于UD-RSM法优化预处理剩余污泥与菌糠共发酵产酸工艺参数

3.1 碱预处理剩余污泥与菌糠共发酵产酸工艺参数优化

3.2 热碱预处理剩余污泥与菌糠共发酵产酸工艺参数优化

3.3 超声预处理剩余污泥与菌糠共发酵产酸工艺参数优化

3.4 本章小结

第4章 污泥预处理对剩余污泥与菌糠共发酵产酸性能提升的影响

4.1 溶解性有机质的变化

4.2. 挥发酸产量及其组成的变化

4.3 氨氮和磷的释放规律

4.4 水解发酵过程中水解酶活性的变化

4.5 污泥减量化程度分析

4.6 不同共发酵体系产挥发酸经济性分析

4.7 产酸性能对比分析

4.8 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢