剩余污泥高温微氧溶胞预处理及其发酵产酸性能研究

摘要

近年,由于污水处理过程中产生大量的剩余污泥,其处理处置及资源化成为全球共同关注的焦点。由于剩余污泥水解是污泥消化的限速步骤,因此本文采用高温微氧溶胞预处理方法和微生物群落解析手段,探索对剩余活性污泥水解及发酵产酸性能提高的可行性,考察反应体系中微生物细胞的溶解效能。
　　通过对实验组反应器进行梯度曝气,获得最佳曝气条件,进一步优化反应温度,并采用大肠杆菌为模式菌株,模拟预处理实验,应用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)技术观察大肠杆菌预处理前后蛋白溶出情况。根据优化的参数条件分别对活性污泥和大肠杆菌进行电镜扫描,观察高温微氧预处理条件对微生物的形态结构的影响。
　　研究结果表明,当温度为70℃,曝气量为0.07vvm时,处理时间24h时实验组预处理效果明显,对剩余污泥具有较好的溶胞作用;大肠杆菌经高温微氧预处理后,在上清液检测到蛋白条带,大肠杆菌细胞壁被裂解,进一步证明高温微氧法预处理对剩余污泥具有较好的溶胞作用,促进大分子有机物溶出细胞壁,作为营养物质被产酸发酵微生物利用;结合电镜扫描结果,证实高温微氧预处理剩余污泥对微生物细胞及菌胶团的溶胞和水解作用显著。
　　对高温微氧预处理后的剩余污泥进行厌氧产酸发酵实验,采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对剩余活性污泥中微生物群落结构的多样性进行分析,结果表明,经高温微氧预处理的剩余污泥表现出良好的产酸性能,能够在较短的时间内积累大量的挥发酸,高温微氧实验组96h时产酸量达到3149mgCOD/L。同时对挥发酸的组分含量影响较大,尤其是乙酸所占比例提高,在96h时达到总挥发酸产量的50％,有利于作为底物被进一步利用;PCR-DGGE分析表明在不同预处理条件下,系统内微生物多样性受到一定程度的影响。经预处理剩余污泥在厌氧发酵产酸过程中其微生物种群迅速调整以适应环境变化,一些在厌氧反应器中发挥重要作用的微生物菌属如红环菌属(Rhodocyclus)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)等大量繁殖,在系统中占据重要的位置。为解释预处理剩余污泥在厌氧发酵过程中高效产酸过程有重要意义。
　　综上所述,通过对剩余污泥高温微氧溶胞预处理及其发酵产酸性能的分析,为剩余污泥的资源化利用提供了理论基础,具有重要指导意义。

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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 剩余污泥处理处置方法

1.3 剩余活性污泥预处理技术研究现状

1.4 高温微氧溶胞预处理剩余污泥对厌氧发酵产酸的促进作用

1.5 剩余污泥发酵产酸微生物群落特征研究概况

1.6 本文研究内容

1.7 技术路线

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 高温微氧溶胞条件优化及对纯培养细菌蛋白溶出分析

3.1 高温微氧预处理剩余污泥曝气量参数优化

3.2 高温微氧预处理剩余污泥温度参数优化

3.3 高温微氧预处理对纯培养细菌蛋白溶出的影响

3.4 微生物形态及活性分析

3.5 本章小结

第4章 高温微氧预处理剩余污泥发酵产酸及微生物群落解析

4.1 剩余污泥发酵产酸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 剩余污泥厌氧发酵产酸体系微生物群落解析

4.5 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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