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《湖南大学》 2018年
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污泥基生物炭强化污泥厌氧产酸的机理研究

王晓琳  
【摘要】:本文以污水处理厂二沉池剩余污泥为基质,通过水热炭化法和热解炭化法制备污泥基生物炭,产物分别称为水热炭和热解炭,分析不同制备方法、不同制备温度及不同生物炭的投加量对污泥厌氧产酸的影响,并对其中促进污泥产酸效率最优的生物炭进行了更进一步的研究。主要研究结果如下:(1)当生物炭与污泥(以挥发性物质VS计)比为0.1:1时,对污泥厌氧产酸几乎无影响。当比例达到1:1时,水热炭化法制备的生物炭能促进污泥产酸,并且能有效的改变各种酸的比重,整个发酵过程中,乙酸与丙酸的比重均在60%以上。220℃下制备的水热炭能明显地促进污泥产酸,最大产酸量为4595.02 mg COD/L,为对照组(784.89 mg COD/L)的5.8倍,且能显著促进蛋白质、SCOD的溶出,分别为对照组的4.75倍和2.8倍。260℃下制备的水热炭,其效果略差于220℃下制备的水热炭。在添加了水热炭的实验组中,短链脂肪酸的消耗趋势较缓,这是因为水热炭抑制了产甲烷菌的活性,降低了总酸的消耗量。(2)直接热解的生物炭对污泥产酸影响较小。当生物炭的投加量与污泥比为0.1:1时,只有300℃下制备的生物炭能促进污泥产酸(789.57 mg COD/L),但仅为对照组的1.2倍,而添加了450℃与600℃条件下制备的生物炭的实验组中,其最大产酸量与对照组相差不大,即不能促进污泥产酸。直接热解法制备的生物炭也不能改变各种酸所占的比重,在整个发酵过程中,乙酸与丙酸所占的比重均在30%左右,异戊酸始终占据着主导地位,这不利于后续的产甲烷过程。此外,直接热解法制备的生物炭也不能明显地促进污泥中有机物质的溶出,蛋白质、多糖、SCOD的溶出都和对照组相差不大。(3)通过分析了两种制备温度下水热炭的元素组成,发现其各种元素组成相差不大,不是影响污泥产酸的主要因素。通过三维荧光光谱分析,发现两种炭的腐殖酸含量相差很多。实验进一步考察了存在于生物炭中的腐殖酸与富里酸对产酸的影响,发现腐殖酸的效果更好一些,其最大产酸量为130.95 mg COD/L,为对照组(28.71 mg COD/L)的4.6倍,而富里酸存在时最大产酸量为31.88 mg COD/L,为对照组的1.11倍。已有研究表明,腐殖酸可以促进污泥产酸,主要是通过传递电子,与产甲烷菌竞争电子来抑制产甲烷,进而降低短链脂肪酸的损耗。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X703

【参考文献】
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