MEC用于剩余污泥產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷效能及微生物群落結(jié)構(gòu)解析.pdf

1、城市污水處理廠產(chǎn)生了大量的剩余污泥，需要及時(shí)處理和處置，如不進(jìn)行合理利用，不僅是一種資源的浪費(fèi)而且將會(huì)造成污染。如何在處置污泥的同時(shí)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(shù)發(fā)展的方向。本研究采用優(yōu)化的污泥預(yù)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(zhì)的瓶頸，以及丙酸積累對(duì)消化過程的抑制，同時(shí)在微生物群落結(jié)構(gòu)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(zhì)的含量，達(dá)到提高其處理效果，試驗(yàn)對(duì)幾種預(yù)處理前后剩余污泥的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析，最終選擇了簡(jiǎn)便易行，運(yùn)行成本相對(duì)較低的堿預(yù)處理剩余污泥的方法，并通過試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果表明，堿處理剩余污泥的最大甲烷產(chǎn)量及甲烷含量分別為362.2 mL/L·d和68.7％，產(chǎn)能效果顯著高于未處理污泥。同時(shí)

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(jié)構(gòu)均有較大差別。從細(xì)菌門的分類來看，未處理剩余污泥實(shí)驗(yàn)組的測(cè)序結(jié)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(xì)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(jié)構(gòu)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(shí)，有大

5、量的蛋白類有機(jī)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(duì)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(dāng)污泥濃度為16g COD/L時(shí)，利用MEC處理剩余污泥堿處理組氫氣的產(chǎn)量和產(chǎn)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(chǎn)量占總氣體量的57.38%。MEC處理剩余污泥堿處理組甲烷的產(chǎn)量和產(chǎn)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(chǎn)氫和產(chǎn)甲烷的能力得到提高。從微生物群落結(jié)構(gòu)解析來看，利用MEC處理剩余污泥細(xì)菌群落的優(yōu)勢(shì)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(shì)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(shí)產(chǎn)甲烷效果較好的污泥，并用UASB工藝下處理丙酸合成廢水時(shí)產(chǎn)氫效果較好的污泥來對(duì)MEC系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化產(chǎn)氫和產(chǎn)甲烷。其結(jié)果是當(dāng)污泥濃度為15g COD/L時(shí)，堿處理組氫氣的產(chǎn)量為33.40±1.30 mg-

8、H2/g-VSS，甲烷產(chǎn)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(shí)，除氫氣和甲烷的產(chǎn)量和產(chǎn)率外，污泥TCOD、蛋白，以及各固體指標(biāo)的去除率都得到了強(qiáng)化。從微生物群落結(jié)構(gòu)來看，細(xì)菌主要是集中在Proteobacteria，F(xiàn)irmicutes和Bacteroidetes等三個(gè)菌門，而從細(xì)菌屬水平來看，是 Deltaproteobacteria中的Geobac