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磷酸盐缓冲溶液对高含固污泥厌氧消化性能影响的研究

张冬凌  
【摘要】:高含固污泥厌氧消化是一种具有有机负荷率高、占地面积小、能耗低等特点的新型厌氧消化技术,具有良好的应用推广前景,但也存在运行稳定性差、抑制性代谢产物积累等问题,污泥厌氧稳定化速率及产甲烷效率有待提高。本文在分析含固率对污泥厌氧消化性能影响的基础上,为进一步提高污泥稳定化水平及产甲烷性能,采用外源投加磷酸盐缓冲溶液考察其对于代谢产物抑制的解除效果,确定了缓冲溶液的最适投加初始pH及最适投加量。研究结果表明,含固率为20%时挥发性有机物去除率(VS去除率)为36.99%,累积产甲烷量为127 mL·g_(VS)~(-1),与湿式厌氧消化(含固率TS为5%)相比分别降低了23.7%及45.5%;污泥含固率大于15%时,初期出现近40 d的产气停滞,表明高含固条件下不利于污泥稳定化的进行及产甲烷率的提高。含固率为15~20%时,消化末期产酸菌活性与初期相比降低了36.7%~69.0%,表明水解速率较低。在高含固系统中,氢型产甲烷菌Methanoculleus等更为占优,Methanosarcina等乙酸型产甲烷菌相对丰度在TS为20%时仅为3.6%,远低于湿式厌氧消化中的34.5%,表明产甲烷能力较弱。为提高高含固污泥厌氧消化性能,解除抑制性物质对其的影响,当投加20 mmol·L~(-1)、初始pH为7.0的缓冲溶液时,最终污泥VS去除率可达42.3%,稳定化水平显著高于其他组;同时累积产甲烷量较对照提高了30.6%,具有较好的产甲烷性能。当缓冲溶液初始pH高于7.5时,则会明显抑制产甲烷,与对照相比降低了10.6%~21.9%。缓冲溶液初始pH为7.0时,乙酸激酶与辅酶F_(420)的活性与对照相比分别提高了14.1%以及69.5%,有利于系统酸化及产甲烷过程。在确定缓冲溶液最适初始pH的基础上,当投加缓冲溶液浓度为40 mmol·L~(-1)时,含固率为15%的污泥厌氧消化VS去除率达到36.33%,与对照相比提高了9.9%;厌氧消化45天后,累积甲烷产量达到179.1 mL·g_(VS)~(-1),比对照高34.4%,具有较好的稳定化及产甲烷性能。在探讨了含固率对污泥厌氧消化的影响,以及缓冲溶液最适初始pH、最适浓度对高含固污泥厌氧消化的影响,得出采用缓冲溶液初始pH为7.0,药剂投加浓度为40 mmol·L~(-1)(以P元素计)时,可使含水率低于85%的污泥具有较好的稳定化及产甲烷效果。


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