典型固體廢棄物混合厭氧發(fā)酵比例優(yōu)化及機(jī)理研究.pdf

1、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，隨之產(chǎn)生了許多難以處理的固體廢棄物，如剩余活性污泥、玉米秸稈及牛糞等。厭氧發(fā)酵在高效處理這些固體廢棄物的同時(shí)，還能得到資源，但單一原料的厭氧發(fā)酵往往存在原料難降解、水解酸化、碳/氮比(C/N)不足，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不平衡等劣勢(shì)。因此多原料的混合發(fā)酵顯得尤為必要。本課題通過(guò)將發(fā)酵原料的剩余活性污泥進(jìn)行超聲處理，對(duì)玉米秸稈進(jìn)行堿處理，分析預(yù)處理前后物質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化以及有機(jī)組分后進(jìn)行兩兩發(fā)酵，在此基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面曲面法研究了底物濃度

2、和原料投配比對(duì)這三種原料混合發(fā)酵的產(chǎn)氣量影響，并研究了優(yōu)化配比下反應(yīng)初期、產(chǎn)氣高峰期和反應(yīng)后期的微生物群落結(jié)構(gòu)和有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化。
　　通過(guò)預(yù)處理后的污泥，SCOD(Solluted chemical oxygen demand)的含量由816.5mg/L增漲至13890mg/L，蛋白濃度增加到了461mg/L，秸稈成分中影響發(fā)酵過(guò)程水解步驟的木質(zhì)素從10.38％降低至6.42%，降解率達(dá)到了38.15%。半纖維素從32.54%降

3、低到了16.62%，降解率達(dá)48.9%，樹脂分級(jí)試驗(yàn)表明，污泥經(jīng)超聲處理后SUVA(Specific ultraviolet light absorbace)值與疏水性/親水性都有所降低，未經(jīng)預(yù)處理的牛糞SUVA僅為經(jīng)超聲預(yù)處理的一半，疏水性/親水性相差無(wú)幾。預(yù)處理試驗(yàn)表明了預(yù)處理后污泥和秸稈的可生化性得到了提高，而未經(jīng)處理的牛糞中有大量芳香性物質(zhì)溶出。
　　污泥、玉米秸稈和牛糞兩兩發(fā)酵的研究結(jié)果表明，牛糞與秸稈的VS比為1:1時(shí)

4、，產(chǎn)氣率為613.8mL/gVS，甲烷含量為62.32%；污泥和秸稈的VS比為1:2時(shí)，產(chǎn)氣率為472.33mL/gVS，甲烷含量為60.52%；污泥和牛糞的VS比為1:2時(shí)，產(chǎn)氣率為470.33mL/gVS，甲烷含量為58.68%；混合發(fā)酵過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)酸和氨抑制現(xiàn)象，COD和底物的去除率均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單一原料發(fā)酵，對(duì)產(chǎn)氣量最好的配比進(jìn)行了日產(chǎn)氣量和累積產(chǎn)氣量的動(dòng)力學(xué)分析，日產(chǎn)氣量的相關(guān)系數(shù)均在0.6以上，累積產(chǎn)氣量的相關(guān)系數(shù)均在0.98

5、以上，這表明模型的擬合度較好。
　　利用響應(yīng)面曲面法研究了底物濃度和原料配比對(duì)污泥、玉米秸稈和牛糞混合發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響，試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)孜餄舛葹?5g/VS、秸稈:牛糞:污泥=1:1:0.8，產(chǎn)氣量為8066mL。各分級(jí)樣品的光譜分析表明，隨著消化反應(yīng)的進(jìn)行，EBOM(Extracellular biological organic matter)中各組分得到了不同程度的降解，產(chǎn)氣達(dá)到高峰時(shí)疏水性中性有機(jī)物成為消化的限制因素，反

6、應(yīng)后期微生物主要利用過(guò)渡親水性中性有機(jī)物來(lái)進(jìn)行生命活動(dòng)。
　　通過(guò)優(yōu)化配比下的真細(xì)菌有74394條OUT(Operational Taxonomic Unit)序列，Shannon指數(shù)逐漸升高。從5.366738升高到了6.315557。測(cè)序的研究結(jié)果顯示，隨著反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)行，反應(yīng)器內(nèi)的微生物種群豐富度增加。樣本中主要菌群的含量依次為：Protecbacteria>Bacteroidetes)>Firmicutes>Chlorof