超聲波預(yù)處理污泥和廚余共發(fā)酵產(chǎn)短鏈脂肪酸的研究.pdf

1、近年來，伴隨著我國(guó)城鎮(zhèn)污水廠污水處理能力的顯著提升，污泥量不斷增加。如何實(shí)現(xiàn)剩余污泥(excess activated sludge.EAS)的減量化、穩(wěn)定化與資源化已成為當(dāng)前環(huán)保領(lǐng)域研究的重要課題之一。將剩余污泥與餐廚垃圾(food waste，F(xiàn)W)進(jìn)行共發(fā)酵是處理處置固體廢棄物的有效方式之一，底物中的大量有機(jī)物質(zhì)，如總揮發(fā)性脂肪酸(total volatile fatty acid，TVFAs)，能夠作為污水生物處理系統(tǒng)的外加碳源

2、，實(shí)現(xiàn)其資源化利用。
　　本文首先采用序批式試驗(yàn)，考察了超聲預(yù)處理?xiàng)l件和污泥濃度對(duì)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的影響。結(jié)果表明，SCOD、蛋白質(zhì)及多糖的溶出效果與聲能密度有較好的相關(guān)性。超聲污泥的TVFAs積累濃度較未處理污泥顯著提高，促進(jìn)TVFAs積累的最佳條件為:聲能密度5W/mL，厭氧發(fā)酵時(shí)間5d。提高污泥濃度能夠促進(jìn)厭氧發(fā)酵產(chǎn)TVFAs，但對(duì)于單位污泥溶出的氨氮和磷酸鹽量影響不大。當(dāng)污泥濃度為80g·L-1時(shí)，底物降解率為28％，

3、產(chǎn)酸轉(zhuǎn)化率較佳，單位質(zhì)量污泥產(chǎn)酸量達(dá)到86.8mg·g-1。
　　隨后，考察了超聲破解污泥和餐廚垃圾的混合比例對(duì)共發(fā)酵產(chǎn)酸過程的影響，并探討了發(fā)酵體系的有機(jī)質(zhì)溶出、底物降解的變化規(guī)律。結(jié)果表明，剩余污泥中添加餐廚垃圾共發(fā)酵可促進(jìn)有機(jī)質(zhì)溶出，提高蛋白質(zhì)和糖類降解率。但餐廚投加比例過高(＞75％)不利于TVFAs產(chǎn)量的提高。當(dāng)?shù)孜锘旌媳葹?0％∶50％時(shí)（初始C/N比為21），TVFAs的累積濃度最高，此時(shí)TVFAs中乙酸和丁酸總量達(dá)

4、到80％。水解速率常數(shù)的不同導(dǎo)致底物(VS)降解率的差異，各體系的水解速率常數(shù)由高到低的排序遵循: EAS∶FW=50％∶50％＞25％∶75％＞0∶100％＞75％∶25％＞100％∶0，與底物降解率的規(guī)律一致。
　　針對(duì)如何提高超聲破解污泥和餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸量，利用響應(yīng)面方法(response surface methodology，RSM)對(duì)二者厭氧發(fā)酵的產(chǎn)酸條件進(jìn)行優(yōu)化分析，考察了pH值、底物濃度、有機(jī)負(fù)荷（organ

5、ic loading rate，OLR）和固體停留時(shí)間(solid retention time，SRT)對(duì)TVFAs產(chǎn)量的交互影響。結(jié)果表明，響應(yīng)面模型中的各個(gè)因素對(duì)TVFAs產(chǎn)量影響的順序?yàn)?pH值＞OLR＞SRT＞底物濃度。通過模型模擬得到最佳的工藝條件為pH值6.72，底物濃度80.93g·L-1，OLR8.94gTS·(L·d)-1，SRT9.68d。在該最優(yōu)條件下，驗(yàn)證性試驗(yàn)得到，TVFAs產(chǎn)量為29.23～30.78g·L

6、-1，試驗(yàn)值和模型預(yù)測(cè)值存在較好的一致性。
　　最后利用超聲破解污泥和餐廚垃圾的發(fā)酵液進(jìn)行批次試驗(yàn)，考察其作為反硝化碳源的可利用性，并驗(yàn)證發(fā)酵液對(duì)實(shí)際生活污水的脫氮效果。結(jié)果表明，TVFAs在發(fā)酵液中所占比例對(duì)反硝化效果影響顯著，且TVFAs中乙酸比例越高，對(duì)應(yīng)的比反硝化速率（μ值）也越高。pH值為7.0，底物濃度為120g·L-1，OLR為8gTS·(L·d)-1,SRT為8d的試驗(yàn)條件產(chǎn)生的發(fā)酵液，以其作為反硝化碳源能夠獲得較