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《北京林业大学》 2019年
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微滤膜分离及CaO_2/SAM-SS对污泥厌氧发酵产VFAs的影响研究

高小乐  
【摘要】:污泥厌氧发酵是实现污泥减量化和资源化的有效途径,可以将污泥中的有机物质转换为挥发性脂肪酸(VFAs)。它可以作为一个基础平台,用于合成经济价值更高的产品。提高VFAs产量并从混合液中分离VFAs是限制VFAs应用的主要因素。本论文针对污泥厌氧发酵产VFAs工艺,分别研究了:(1)内置式膜分离工艺的应用对污泥厌氧发酵产VFAs的影响;以及(2)添加剂过氧化钙和负载过氧化钙的改性钢渣对污泥厌氧发酵产VFAs的影响。在热碱预处理强化污泥厌氧发酵产VFAs的反应器内应用微滤膜工艺分离提取VFAs。结果表明,微滤工艺可透过90%以上的VFAs,并有效提高消化液中溶解性有机物在反应器内的截留率,其中多糖的截留率可达到73%以上。反应器内VFAs浓度在应用膜分离工艺后逐步增加并稳定在1837 mg/L的水平,比应用膜工艺前提高了53%,其中以乙酸的增加为主。酶活及微生物群落结构的分析结果表明VFAs增加的主要原因是:微滤膜对溶解性有机物尤其是多糖的有效截留,提高了以多糖为底物的细菌的活性,以及α-葡萄糖苷酶的活性。随着以多糖为底物的细菌的增殖,又进一步促进了多糖有机物的降解,反应器内多糖浓度逐渐降低,被产酸细菌转化为VFAs。其中可以降解多糖生产VFAs的细菌Christensenella minuta在微滤膜应用后开始富集,相对丰度从6.89%增加到了 14.06%,成为优势菌种。利用实验室自制过氧化钙,研究了不同剂量CaO2对污泥厌氧发酵产VFAs的影响。结果表明,CaO2可以促进污泥的水解和酸化,而且0.3 g CaO2/g VS是促进污泥厌氧发酵产VFAs的最佳投加剂量,VFAs浓度可达对照组的10.83倍。为进一步提高CaO2的效果,采用共沉淀方法制备了 CaO2/SAM-SS颗粒,SEM、EDS、FTIR和XPS等表征结果显示过氧化钙在钢渣表面成功负载。将SAM-SS、CaO2和CaO2/SAM-SS分别投加到污泥厌氧发酵体系中进行产VFAs试验。试验结果表明,在促进污泥的水解和酸化方面CaO2/SAM-SS与CaO2类似,可分别提高VFAs产量到1296和1376 mg/L,但在钢渣表面多孔的缓释作用下,CaO2/SAM-SS试验组可以实现持续时间更长、浓度更稳定的VFAs水平。微生物群落结构分析结果表明,在加入过氧化钙后,Bacteroidia纲和Clostridia纲细菌的相对丰度增加,分别从对照的6.6%、4.5%,增加到了 37.3%、13.8%(CaO2试验组)和 25.6%、17.1%(CaO2/SAM-SS 试验组)。同时α-,β-,γ-Proteobacteria纲细菌在四组试验中均维持较高相对丰度,而ε-Proteobacteria纲则在碱性条件下出现。这些细菌能够在碱性环境下生长,与蛋白质和多糖的降解相关,这可能是促进VFAs产生的原因之一。
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