阴离子表面活性剂(SDBS)对剩余污泥厌氧消化的影响

摘要

随着剩余污泥处理处置问题受到关注，表面活性剂对剩余污泥厌氧消化的影响已经成为研究的热点。阴离子表面活性剂（SDBS）是目前使用量最大的一种阴离子表面活性剂，其对动植物体均有毒害作用，且在环境中作用持久、易累积。SDBS使用后通常进入生活污水处理厂，导致剩余污泥中SDBS含量已经高达50mg·L-1。但目前有关SDBS对厌氧消化长期运行工艺的影响还不清楚。 本文对比研究批次试验条件下和连续实验条件下SDBS对剩余污泥厌氧消化的影响，分析两种条件下产气特征和发酵液理化特性，掌握各自实验条件下SDBS的削减效果，查明其抑制阈值，结合对厌氧污泥胞外聚合物（EPS）的3D-EEM分析，揭示厌氧污泥对SDBS毒性的应对机制，并通过消化系统微生物种群结构分析阐明SDSB对剩余污泥厌氧消化影响的微生物学机理，本研究旨为含SDBS的剩余污泥厌氧消化工艺的工程化应用提供理论依据，得到主要结果如下： （1）批次实验中，随SDBS浓度提高，累积产甲烷量逐级降低。连续实验中，通过逐步提高SDBS浓度为200mg·L-1的方式完成了反应系统对发酵微生物的驯化，提高了微生物对SDBS胁迫的耐受能力。连续实验中，SDBS的生物去除率随SDBS浓度增加而下降，吸附在固相中的SDBS大幅度上升。 （2）在连续实验中，当SDBS浓度提高为200mg·L-1时，微生物分泌EPS蛋白最多，自我保护作用最强。但当SDBS浓度为500mg·L-1，EPS浓度大幅降低，此时EPS由结合态向粘液态转化，反应系统恶化，厌氧系统受毒性抑制恶化前，EPS显著增加的现象可能是系统异常的预警指示。 （3）SDBS会导致细菌的物种多样性和丰富度下降。在较低浓度的SDBS下，芽孢杆菌属对其降解效果更好。当SDBS浓度提高为200mg·L-1时,鞘氨醇单胞菌属大量增殖，导致EPS浓度增加。当SDBS浓度500mg?L-1时，鞘氨醇单胞菌属的增殖受到抑制，导致EPS保护屏障消失。

目录

声明

主要符号对照表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 剩余污泥的产生与危害

1.1.2 剩余污泥的处理与处置方法

1.1.3 剩余污泥厌氧消化技术

1.2.1 剩余污泥的厌氧消化处理

1.2.2 厌氧污泥EPS的生物学功能研究

1.2.3 LAS对剩余污泥厌氧消化的影响

1.2.4 厌氧消化对LAS的削减

1.2.5 研究不足

1.3 研究目的与意义

1.4 研究内容

1.5 技术路线

第二章 批次实验条件下SDBS对剩余污泥厌氧消化的影响

2.1 基质和接种污泥

2.2.1 批次实验方法及装置

2.2.2 分析方法

2.2.3 计算方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 不同SDBS浓度剩余污泥厌氧产气特性

2.3.2 不同SDBS浓度剩余污泥厌氧消化特性

2.3.3 不同SDBS浓度剩余污泥厌氧消化累积水解、酸化、乙酸化和甲烷化动力学参数分析

2.3.4 SDBS的厌氧削减及固液相分布特征

2.3.5 SDBS对剩余污泥厌氧消化累积水解、酸化、乙酸化和甲烷化率抑制分析

2.4 小结

第三章 连续实验条件下SDBS对剩余污泥厌氧消化的影响

3.1 基质和接种污泥

3.2.1 反应器的构建与运行

3.2.2 实验设计

3.2.3 分析方法

3.2.4 计算方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 SDBS对剩余污泥中温厌氧消化效果的影响

3.3.2 SDBS对剩余污泥厌氧消化VFAs的影响

3.3.3 不同SDBS浓度条件下污泥厌氧消化COD物料平衡

3.3.4 SDBS对剩余污泥厌氧消化水解、酸化、甲烷化率的影响

3.3.5 污泥厌氧消化对SDBS的削减及其在固液相的残留分布

3.4 小结

第四章 厌氧污泥对SDBS毒性的应对机制

4.1 SDBS对剩余污泥厌氧消化EPS浓度的影响

4.2 SDBS对厌氧污泥EPS蛋白类有机物和有机质的影响

4.3 SDBS对厌氧污泥EPS中HIX和FI的影响

4.4 小结

第五章 连续实验条件下厌氧微生物群落的变化

5.1 实验材料

5.2 实验方法

5.2.1 高通量测序步骤

5.2.2 数据处理

5.3 结果与讨论

5.3.1 细菌群落多样性分析

5.3.2 细菌群落结构分析

5.3.3 细菌群落的功能预测分析

5.3.4 细菌群落与环境因子的关联性分析

5.4 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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