MEC用于剩余污泥產氫產甲烷效能及微生物群落結構解析.pdf

1、城市污水處理廠產生了大量的剩余污泥，需要及時處理和處置，如不進行合理利用，不僅是一種資源的浪費而且將會造成污染。如何在處置污泥的同時又能有效地將其作為一種資源被利用將是今后污泥處理技術發(fā)展的方向。本研究采用優(yōu)化的污泥預處理方法、經(jīng)微生物電解池（MEC）系統(tǒng)和接種微生物的MEC來處理剩余污泥，打破了厭氧發(fā)酵處理剩余污泥不能有效利用蛋白質的瓶頸，以及丙酸積累對消化過程的抑制，同時在微生物群落結構上加以解析，該方法提高了剩余污泥的處理效能，為

2、剩余污泥的資源化利用提出了新的途徑。
　　通過提高剩余污泥中可溶性物質的含量，達到提高其處理效果，試驗對幾種預處理前后剩余污泥的各項指標進行分析，最終選擇了簡便易行，運行成本相對較低的堿預處理剩余污泥的方法，并通過試驗確定了堿的最適投加量為7.27±0.35 mg NaOH/g VSS（即pH值為12）。試驗結果表明，堿處理剩余污泥的最大甲烷產量及甲烷含量分別為362.2 mL/L·d和68.7％，產能效果顯著高于未處理污泥。同時

3、，堿處理污泥VSS的去除率也由原始的61.5±2.0%升高到了76.4±0.5%，蛋白的去除量由原始的4830±480 mg/L升高到6530±430 mg/L，污泥處理效能顯著提高。堿處理組與未處理組污泥比較，微生物群落結構均有較大差別。從細菌門的分類來看，未處理剩余污泥實驗組的測序結果是Nitrospirae最多，Proteobacteria和Firmicutes其次；堿處理的則是Chloroflexi最多，F(xiàn)irmicutes其次

4、。而從細菌屬的分類來看，堿處理組和未處理組都是Iamia最多。但未處理組是Rhodobacter其次；堿處理是 Petrimonas其次。古菌的微生物群落則是完全不同。未處理剩余污泥的古菌群落中是 Methanosaeta最多占總數(shù)的將近一半；而堿處理剩余污泥則是Methanosarcina最多，占總古菌的一半以上。微生物群落結構的差異是未處理與堿處理的剩余污泥厭氧發(fā)酵的效果不同的重要原因。
　　采用厭氧發(fā)酵法處理剩余污泥時，有大

5、量的蛋白類有機物不能被充分降解和利用，本研究便將MEC用于處理剩余污泥，以堿處理和未處理污泥作為對比，并將污泥樣品分別與PBS緩沖液按不同比例混合，得到不同濃度的污泥溶液，當污泥濃度為16g COD/L時，利用MEC處理剩余污泥堿處理組氫氣的產量和產率分別為14.22±0.39 mg-H2/g-VSS和0.47±0.02 m3-H2/m3·d，并且堿處理組污泥氫氣產量占總氣體量的57.38%。MEC處理剩余污泥堿處理組甲烷的產量和產率分

6、別為92.38±2.63 mg-CH4/g-VSS和0.235±0.005 m3-CH4/m3·d。在污泥濃度為16g COD/L的條件下，MEC用于剩余污泥產氫和產甲烷的能力得到提高。從微生物群落結構解析來看，利用MEC處理剩余污泥細菌群落的優(yōu)勢菌屬為 Geobacter和Petrimonas。而從古菌屬的水平上來看，在MEC系統(tǒng)中的優(yōu)勢古菌為Methanomicrobia中的Methanocorpusculum，其次是 Methan

7、osaeta，尤其是Methanocorpusculum在堿處理的條件下較多，這說明該菌屬適宜在堿性條件下存活。
　　本研究為了更好的處理剩余污泥采用了接種微生物 MEC的方法處理剩余污泥，分別接種了利用傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵法處理剩余污泥時產甲烷效果較好的污泥，并用UASB工藝下處理丙酸合成廢水時產氫效果較好的污泥來對MEC系統(tǒng)進行強化產氫和產甲烷。其結果是當污泥濃度為15g COD/L時，堿處理組氫氣的產量為33.40±1.30 mg-

8、H2/g-VSS，甲烷產量為309.43±0.85 mg-CH4/g-VSS，都分別高于利用MEC處理剩余污泥。在利用接種微生物MEC處理剩余污泥時，除氫氣和甲烷的產量和產率外，污泥TCOD、蛋白，以及各固體指標的去除率都得到了強化。從微生物群落結構來看，細菌主要是集中在Proteobacteria，F(xiàn)irmicutes和Bacteroidetes等三個菌門，而從細菌屬水平來看，是 Deltaproteobacteria中的Geobac