基于三維熒光光譜技術(shù)的剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫研究.pdf

1、城市污水處理過程中產(chǎn)生大量剩余污泥,主要由有碳水化合物和蛋白質(zhì)等有機(jī)物組成,若不經(jīng)過有效的處理對環(huán)境和人體會造成嚴(yán)重的危害,并且對水體、大氣和土地造成二次污染。剩余污泥處理費用的提高增加了污泥合理處置的難度,剩余污泥處理已成為一項重要的環(huán)保任務(wù)和國內(nèi)外研究的重點。有效的利用剩余污泥開發(fā)可再生的環(huán)保能源是一項經(jīng)濟(jì)環(huán)保的研究。氫氣作為潔凈燃料、能源密度高和可再生的能源,在所有的可替代能源中是理想的燃料替代能源。所有制氫方法中,生物厭氧發(fā)酵制

2、氫是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的制氫技術(shù)。但目前污泥厭氧發(fā)酵制氫還存在產(chǎn)氫率低,處理設(shè)備單一等問題,如何提高污泥的利用率和發(fā)酵過程中的產(chǎn)氫率有待進(jìn)一步的研究。
　　本論文主要是引用了一種新型的復(fù)合酶用于污泥的水解預(yù)處理,并確定了該復(fù)合酶的最佳水解條件和討論該復(fù)合酶的水解和減量效果。當(dāng)復(fù)合酶的投加量為1.5 mL/100 mL污泥,在30℃環(huán)境條件下,水解5 h時,溶解性蛋白質(zhì)、SCOD(溶解性化學(xué)需氧量)、溶解性糖達(dá)到最大值,分別

3、增加了4-5倍、2-3倍和4-5倍,污泥中復(fù)雜有機(jī)物降解為小分子物質(zhì),同時溶胞率達(dá)到了24.81％,此時VSS(揮發(fā)性懸浮物質(zhì))的溶解度由3.26%提高到27.62%,表現(xiàn)了很好的污泥絮體的破解,以及微生物的溶胞效果,促進(jìn)了污泥的減量效果。
　　研究了復(fù)合酶和嗜熱菌對剩余污泥的水解效果,檢測污泥中EPS(胞外聚合物)和DOM(溶解性有機(jī)物)的三維熒光光譜以及底物濃度的變化。經(jīng)水解后污泥中EPS的三維熒光光譜發(fā)生變化,酶對污泥絮體的

4、裂解作用,細(xì)胞壁破裂,小分子物質(zhì)溶解到溶液中有利于微生物的利用。污泥EPS中糖、蛋白質(zhì)、SCOD等物質(zhì)濃度有明顯的減少。同時由污泥中DOM發(fā)生變化污泥溶液中蛋白類物質(zhì)比例有所增加,糖、蛋白質(zhì)、SCOD各物質(zhì)濃度有很大程度的增加。污泥中DOM經(jīng)嗜熱菌作用,DOM中的酪氨酸區(qū)域全部分解為無熒光性質(zhì)的小分子,嗜熱菌較復(fù)合酶的水解效果好。
　　由于剩余污泥中絮體作用,微生物很難直接利用污泥作為底物發(fā)酵產(chǎn)氫,本文以微波處理、熱處理、復(fù)合酶和

5、嗜熱菌處理四種不同的方式預(yù)處理污泥之后進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫,污泥在經(jīng)過水解后,絮體裂解,細(xì)胞壁破裂,大分子物質(zhì)溶出并降解,提高微生物對底物的利用率。結(jié)果表明,發(fā)酵產(chǎn)氫階段,不同的預(yù)處理方法對微生物的選擇不同,影響產(chǎn)氫菌對營養(yǎng)物質(zhì)的利用,同時由于污泥物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、微生物代謝底物、以及細(xì)胞溶胞等共同作用的影響,污泥EPS和DOM中糖、蛋白質(zhì)和SCOD等濃度的變化不盡相同。經(jīng)熱處理后EPS中糖、蛋白質(zhì)、SCOD濃度在產(chǎn)氫最大時,底物濃度最小,產(chǎn)氫率

6、最大。復(fù)合酶預(yù)處理后發(fā)酵后期,底物濃度變化不明顯,產(chǎn)氫效果最差,經(jīng)嗜熱菌處理的污泥,DOM中蛋白質(zhì)類物質(zhì)減少,微生物代謝產(chǎn)物增加,產(chǎn)氫率較微波和熱處理稍低。經(jīng)熱處理的污泥產(chǎn)氫率最大,為15.25 H2mL/gVSS。其余產(chǎn)氫率從高到底依次為微波、嗜熱菌、復(fù)合酶處理進(jìn)行的污泥發(fā)酵。
　　不同的預(yù)處理方式對微生物選擇性不同,梭狀芽胞桿菌在熱處理和微波處理的產(chǎn)氫階段一直處于優(yōu)勢,微波處理中產(chǎn)氫菌優(yōu)勢不及熱處理中,并且產(chǎn)氫效果不及熱處理污