微波結(jié)合堿解預(yù)處理改善剩余污泥厭氧消化效能的研究.pdf

1、厭氧消化工藝在處理剩余污泥時(shí)由于同時(shí)具有資源化、穩(wěn)定化和無(wú)害化的優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)一直在剩余污泥處理中扮演著重要角色。然而在實(shí)際應(yīng)用中，厭氧消化工藝也存在著對(duì)有機(jī)物處理效率低和處理速度慢等問(wèn)題。本研究采用微波結(jié)合堿解預(yù)處理技術(shù)通過(guò)破壞剩余污泥(Waste Activated Sludge，WAS)絮體結(jié)構(gòu)和菌體細(xì)胞壁而提高WAS中有機(jī)物的溶解性和可生化性，從而改善WAS厭氧消化性能。研究具體分為以下三個(gè)部分，即微波結(jié)合堿解預(yù)處理試驗(yàn)、靜態(tài)高

2、溫和中溫厭氧消化試驗(yàn)--生物化學(xué)甲烷勢(shì)(Biochemical Methane Potential，BMP)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)高溫和中溫厭氧消化試驗(yàn)。
　　 首先，在微波結(jié)合堿解預(yù)處理試驗(yàn)中利用均勻設(shè)計(jì)法得到的數(shù)據(jù)分別建立了以WAS中的COD、SS和VSS溶解率為目標(biāo)，以微波加熱溫度、加熱時(shí)間和氫氧化鈉投加量為影響因素的回歸方程。在本試驗(yàn)邊界條件下，該回歸方程預(yù)測(cè)在加熱溫度=210℃，加熱時(shí)間=35min，加堿量＝0.2 g-NaOH/

3、g-SS時(shí)，WAS最大VSS溶解率可達(dá)85％，且與試驗(yàn)結(jié)果能很好吻合。
　　 其次，采用BMP試驗(yàn)研究了12種預(yù)處理對(duì)WAS靜態(tài)高溫和中溫厭氧消化過(guò)程中的甲烷累計(jì)產(chǎn)量、沼氣累計(jì)產(chǎn)量、相對(duì)甲烷累計(jì)產(chǎn)量和甲烷產(chǎn)生速率的影響。利用修正的Gompertz方程求解得到的動(dòng)力學(xué)參數(shù)表明：經(jīng)過(guò)預(yù)處理后WAS的甲烷累計(jì)產(chǎn)量勢(shì)(P)和最大甲烷產(chǎn)生速率(R)均高于對(duì)照。在高溫BMP試驗(yàn)中其P和R的峰值分別為333 mL-CH4@STP·g-1-VS

4、投入(mL-CH4@STP·g-1-VS投入指在BMP試驗(yàn)中投入1g VS的甲烷累計(jì)產(chǎn)量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的毫升數(shù)，其中@代表at，STP(Standard Temperature and Pressure)代表標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0℃和101.325 kPa))和73mL-CH4@STP·g-1-VS投入·d-1(mL-CH4@STP·g-1-VS投入·d-1指在BMP試驗(yàn)中每天每投入1gVS的甲烷累計(jì)產(chǎn)量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的毫升數(shù))，分別比對(duì)照提高41％

5、和28％。在中溫BMP試驗(yàn)中其P和R的峰值分別為426 mL-CH4@STP·g-1-VS投入和56mL-CH4@STP·g-1-VS投入·d-1，分別比對(duì)照提高64％和75％。經(jīng)綜合考慮后確定最佳預(yù)處理?xiàng)l件為加熱溫度=170℃，加熱時(shí)間=1 min，加堿量=0.05 g-NaOH/g-SS。
　　 最后，分別以WAS和未經(jīng)中和處理的微波結(jié)合堿解預(yù)處理WAS為基質(zhì)(預(yù)處理?xiàng)l件為：加熱溫度=170℃，加熱時(shí)間=1 min，加堿量=

6、0.05 g-NaOH/g-SS)，研究了在水力停留時(shí)間為30 d的工況下，完全混合型的高溫和中溫厭氧消化反應(yīng)器的厭氧消化性能及其消化污泥的脫水性能，并采用16S rDNA(ribosomalDeoxyribonucleic Acid，核糖體脫氧核糖核酸)克隆分析技術(shù)分別對(duì)高溫和中溫厭氧消化污泥進(jìn)行了微生物解析。研究表明：WAS經(jīng)微波結(jié)合堿解預(yù)處理后與對(duì)照相比，高溫和中溫厭氧消化工藝對(duì)WAS中的VS、總化學(xué)需氧量、總碳水化合物和總蛋白質(zhì)

7、的去除率均有不同程度的提高。其中高溫和中溫厭氧消化工藝對(duì)VS的去除率分別相對(duì)提高27％和21％，高溫和中溫厭氧消化污泥中的溶解性COD濃度分別相對(duì)提高51％和71％，高溫和中溫厭氧消化工藝甲烷產(chǎn)率(L-CH4@STP/g-COD投入)分別相對(duì)提高13％和14％，高溫和中溫厭氧消化工藝所產(chǎn)沼氣中甲烷的百分含量相對(duì)提高8％。16S rDNA克隆分析技術(shù)對(duì)高溫和中溫厭氧消化污泥中微生物種群結(jié)構(gòu)的分析表明：高溫和中溫厭氧消化污泥的微生物多樣性指