【摘要】：隨著我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠的不斷增加,大量的剩余污泥隨之產(chǎn)生,若其處理處置不當(dāng),會(huì)對(duì)人類健康和環(huán)境安全造成巨大危害。因此,綠色、高效地處理剩余污泥,是實(shí)現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化的重要途徑。剩余污泥中含有豐富的有機(jī)質(zhì),采用厭氧發(fā)酵獲得揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)是實(shí)現(xiàn)污泥減量化處理和資源化利用的重要方式。為了提高剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的效率,常采用熱、超聲、微波、酸堿、表面活性劑和生物酶等技術(shù)手段,其中添加表面活性劑具有效果顯著、適用性好等優(yōu)點(diǎn)并受到了廣泛關(guān)注。尤其是生物表面活性劑具有生物可降解性、對(duì)環(huán)境友好、無(wú)毒等特點(diǎn),近年來(lái)成為剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文研究了一種新型綠色表面活性劑醇醚糖苷(AEG)對(duì)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的促進(jìn)作用,并探討了其作用機(jī)制,主要取得了以下的研究成果及結(jié)論:(1)確定了 AEG促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的性能。通過(guò)對(duì)AEG投加量、發(fā)酵溫度和初始pH等三個(gè)關(guān)鍵因素的優(yōu)化,研究了 AEG促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的效果。當(dāng)AEG的投加量為0.4 g/g TSS、發(fā)酵溫度為35℃和初始pH=10時(shí),僅發(fā)酵3天,VFAs的濃度可達(dá)到3302.87±45.8mgCOD/L,是空白組(未添加AEG)的8.55倍,且組分以乙酸和丙酸為主。(2)采用熱堿預(yù)處理強(qiáng)化了 AEG促進(jìn)剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的效果。熱堿預(yù)處理可促進(jìn)剩余污泥中固體顆粒有機(jī)物的溶出,使得溶解性蛋白質(zhì)和碳水化合物明顯增加,有利于剩余污泥后續(xù)的厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸。剩余污泥在T=70℃,pH=8和t=1 h的條件下經(jīng)熱堿預(yù)處理完后,按投加量為0.4 g AEG/g TSS加入AEG,在35℃溫度下進(jìn)行厭氧發(fā)酵,3天后VFAs濃度為3480.67 ±55.8 mg COD/L,其主要成分為乙酸。與未經(jīng)熱堿預(yù)處理相比,VFAs的產(chǎn)量提高了 613.96 mg COD/L,顯著提高了剩余污泥的產(chǎn)酸效果。(3)探討了 AEG促進(jìn)剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的作用機(jī)制�；趨捬醢l(fā)酵三階段理論,分析了 AEG在不同的發(fā)酵階段所起的促進(jìn)作用。在水解階段,AEG使反應(yīng)器中的牛血清白蛋白和葡聚糖的降解率明顯提高,蛋白酶和α-葡萄糖苷酶活性分別是空白組的1.96倍和2.25倍,Zeta電位數(shù)值從21.4±0.5 mV降為11.15±0.5 mV,表明AEG的存在促進(jìn)了發(fā)酵液中溶解性有機(jī)物的水解,使水解效率大大提高。在酸化階段,AEG使反應(yīng)器中的L-丙氨酸和葡萄糖的降解率顯著提高,說(shuō)明AEG能通過(guò)增強(qiáng)微生物對(duì)小分子有機(jī)物(如氨基酸和單糖)的直接利用來(lái)提高VFAs的產(chǎn)量。在產(chǎn)甲烷階段,由于AEG的存在使得乙酸鈉的降解速度變慢,說(shuō)明AEG對(duì)剩余污泥中產(chǎn)甲烷菌的活性具有抑制作用�？梢�(jiàn),AEG能夠促進(jìn)發(fā)酵液中溶解態(tài)大分子有機(jī)物(如蛋白質(zhì)和碳水化合物)的水解以及小分子有機(jī)物(如氨基酸和單糖)的酸化降解,并抑制產(chǎn)甲烷菌的活性,從而使VFAs得到大量積累。采用三維熒光光譜定性分析了溶解性有機(jī)物組分的變化,闡明了發(fā)酵過(guò)程中AEG對(duì)剩余污泥中有機(jī)質(zhì)的增溶作用。添加AEG后,發(fā)酵液中溶解性有機(jī)物(尤其是類蛋白質(zhì)和類腐殖酸物質(zhì))的熒光強(qiáng)度大幅增強(qiáng),表明在厭氧發(fā)酵過(guò)程中AEG促進(jìn)了剩余污泥中有機(jī)質(zhì)的溶出,有利于后續(xù)的厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸過(guò)程�；诟咄拷沽姿釡y(cè)序分析,揭示了 AEG對(duì)發(fā)酵過(guò)程中微生物群落結(jié)構(gòu)變化影響。添加AEG后,與碳水化合物和乳酸水解發(fā)酵產(chǎn)生乙酸、丙酸和丁酸有關(guān)的Megasphaera菌和Clostridium菌所占比例均顯著提高,而發(fā)酵過(guò)程中VFAs主要的消耗者——Proteobacteria所占比例則明顯下降,表明在剩余污泥厭氧發(fā)酵過(guò)程中,AEG的加入可顯著提升產(chǎn)酸菌的活性并抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性。
【圖文】：

現(xiàn)配）混合均勾并靜置１０邋ｍｉｎ，再加入０．５邋ｍＬ試劑乙（Ｆｏｌｉｎ試劑）立即混合均逡逑勾。放置３０邋ｍｉｎ后，用紫外－可見(jiàn)分光光度計(jì)于波長(zhǎng)５００邋ｎｍ下測(cè)定溶液的吸光逡逑度值并計(jì)算蛋白質(zhì)的濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖２－２。剩余污泥發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)的逡逑濃度以ｍｇ邋ＣＯＤ／Ｌ計(jì)，其ＣＯＤ當(dāng)量為１．５［５９］。逡逑０．３５邋邐逡逑ｙ邋０．００１１８Ｘ＋０．００３８８逡逑０邋３０邋＂邐Ｒ：＝０．９９９２逡逑0．２５邋－逡逑｜邋０．２０邋－逡逑１０．１５邋－逡逑０．１０邋－逡逑０．０５邋－逡逑０．００邋邋邋邐＇——■——１邐■邐＇邋？邐＇邐＇邐１——逡逑０邐５０邐１００邐１５０邐２００邐２５０逡逑Ｐｒｏｔｅｉｎ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋（｜ｉｇ）逡逑圖２－２牛血清白蛋白溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ＢＳＡ逡逑２．２，５溶解性碳水化合物的測(cè)定逡逑溶解性碳水化合物的測(cè)定采用蒽酮比色法［６Ｑ］。取適量經(jīng)離心過(guò)膜后的上清液逡逑于１０ｍＬ比色管中，稀釋至１邋ｍＬ后加入４邋ｍＬ惠酮試劑，迅速浸于冰水浴中冷逡逑卻，管口加蓋，混合均勻并于沸水浴中準(zhǔn)確煮沸１０邋ｍｉｎ，然后冰水浴冷卻至室溫。逡逑用紫外－可見(jiàn)分光光度計(jì)于波長(zhǎng)６２０邋ｒｎｎ下測(cè)定溶液的吸光度值并計(jì)算碳水化合逡逑物的濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖２－３。剩余污泥發(fā)酵液中的碳水化合物的濃度以ｍｇ逡逑ＣＯＤ／Ｌ邋計(jì)

現(xiàn)配）混合均勾并靜置１０邋ｍｉｎ，再加入０．５邋ｍＬ試劑乙（Ｆｏｌｉｎ試劑）立即混合均逡逑勾。放置３０邋ｍｉｎ后，，用紫外－可見(jiàn)分光光度計(jì)于波長(zhǎng)５００邋ｎｍ下測(cè)定溶液的吸光逡逑度值并計(jì)算蛋白質(zhì)的濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖２－２。剩余污泥發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)的逡逑濃度以ｍｇ邋ＣＯＤ／Ｌ計(jì)，其ＣＯＤ當(dāng)量為１．５［５９］。逡逑０．３５邋邐逡逑ｙ邋０．００１１８Ｘ＋０．００３８８逡逑０邋３０邋＂邐Ｒ：＝０．９９９２逡逑0．２５邋－逡逑｜邋０．２０邋－逡逑１０．１５邋－逡逑０．１０邋－逡逑０．０５邋－逡逑０．００邋邋邋邐＇——■——１邐■邐＇邋？邐＇邐＇邐１——逡逑０邐５０邐１００邐１５０邐２００邐２５０逡逑Ｐｒｏｔｅｉｎ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋（｜ｉｇ）逡逑圖２－２牛血清白蛋白溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ＢＳＡ逡逑２．２，５溶解性碳水化合物的測(cè)定逡逑溶解性碳水化合物的測(cè)定采用蒽酮比色法［６Ｑ］。取適量經(jīng)離心過(guò)膜后的上清液逡逑于１０ｍＬ比色管中，稀釋至１邋ｍＬ后加入４邋ｍＬ惠酮試劑，迅速浸于冰水浴中冷逡逑卻，管口加蓋，混合均勻并于沸水浴中準(zhǔn)確煮沸１０邋ｍｉｎ，然后冰水浴冷卻至室溫。逡逑用紫外－可見(jiàn)分光光度計(jì)于波長(zhǎng)６２０邋ｒｎｎ下測(cè)定溶液的吸光度值并計(jì)算碳水化合逡逑物的濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖２－３。剩余污泥發(fā)酵液中的碳水化合物的濃度以ｍｇ逡逑ＣＯＤ／Ｌ邋計(jì)
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2687804