微波結合堿解預處理改善剩余污泥厭氧消化效能的研究.pdf

1、厭氧消化工藝在處理剩余污泥時由于同時具有資源化、穩(wěn)定化和無害化的優(yōu)點，長期以來一直在剩余污泥處理中扮演著重要角色。然而在實際應用中，厭氧消化工藝也存在著對有機物處理效率低和處理速度慢等問題。本研究采用微波結合堿解預處理技術通過破壞剩余污泥(Waste Activated Sludge，WAS)絮體結構和菌體細胞壁而提高WAS中有機物的溶解性和可生化性，從而改善WAS厭氧消化性能。研究具體分為以下三個部分，即微波結合堿解預處理試驗、靜態(tài)高

2、溫和中溫厭氧消化試驗--生物化學甲烷勢(Biochemical Methane Potential，BMP)試驗和動態(tài)高溫和中溫厭氧消化試驗。
　　 首先，在微波結合堿解預處理試驗中利用均勻設計法得到的數據分別建立了以WAS中的COD、SS和VSS溶解率為目標，以微波加熱溫度、加熱時間和氫氧化鈉投加量為影響因素的回歸方程。在本試驗邊界條件下，該回歸方程預測在加熱溫度=210℃，加熱時間=35min，加堿量＝0.2 g-NaOH/

3、g-SS時，WAS最大VSS溶解率可達85％，且與試驗結果能很好吻合。
　　 其次，采用BMP試驗研究了12種預處理對WAS靜態(tài)高溫和中溫厭氧消化過程中的甲烷累計產量、沼氣累計產量、相對甲烷累計產量和甲烷產生速率的影響。利用修正的Gompertz方程求解得到的動力學參數表明：經過預處理后WAS的甲烷累計產量勢(P)和最大甲烷產生速率(R)均高于對照。在高溫BMP試驗中其P和R的峰值分別為333 mL-CH4@STP·g-1-VS

4、投入(mL-CH4@STP·g-1-VS投入指在BMP試驗中投入1g VS的甲烷累計產量在標準狀態(tài)下的毫升數，其中@代表at，STP(Standard Temperature and Pressure)代表標準狀態(tài)(0℃和101.325 kPa))和73mL-CH4@STP·g-1-VS投入·d-1(mL-CH4@STP·g-1-VS投入·d-1指在BMP試驗中每天每投入1gVS的甲烷累計產量在標準狀態(tài)下的毫升數)，分別比對照提高41％

5、和28％。在中溫BMP試驗中其P和R的峰值分別為426 mL-CH4@STP·g-1-VS投入和56mL-CH4@STP·g-1-VS投入·d-1，分別比對照提高64％和75％。經綜合考慮后確定最佳預處理條件為加熱溫度=170℃，加熱時間=1 min，加堿量=0.05 g-NaOH/g-SS。
　　 最后，分別以WAS和未經中和處理的微波結合堿解預處理WAS為基質(預處理條件為：加熱溫度=170℃，加熱時間=1 min，加堿量=

6、0.05 g-NaOH/g-SS)，研究了在水力停留時間為30 d的工況下，完全混合型的高溫和中溫厭氧消化反應器的厭氧消化性能及其消化污泥的脫水性能，并采用16S rDNA(ribosomalDeoxyribonucleic Acid，核糖體脫氧核糖核酸)克隆分析技術分別對高溫和中溫厭氧消化污泥進行了微生物解析。研究表明：WAS經微波結合堿解預處理后與對照相比，高溫和中溫厭氧消化工藝對WAS中的VS、總化學需氧量、總碳水化合物和總蛋白質

7、的去除率均有不同程度的提高。其中高溫和中溫厭氧消化工藝對VS的去除率分別相對提高27％和21％，高溫和中溫厭氧消化污泥中的溶解性COD濃度分別相對提高51％和71％，高溫和中溫厭氧消化工藝甲烷產率(L-CH4@STP/g-COD投入)分別相對提高13％和14％，高溫和中溫厭氧消化工藝所產沼氣中甲烷的百分含量相對提高8％。16S rDNA克隆分析技術對高溫和中溫厭氧消化污泥中微生物種群結構的分析表明：高溫和中溫厭氧消化污泥的微生物多樣性指