【摘要】：隨著我國城鎮(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),會對人類健康和環(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、對環(huán)境友好、無毒等特點(diǎn),近年來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。通過對AEG投加量、發(fā)酵溫度和初始pH等三個關(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,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,說明AEG能通過增強(qiáng)微生物對小分子有機(jī)物(如氨基酸和單糖)的直接利用來提高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,說明AEG對剩余污泥中產(chǎn)甲烷菌的活性具有抑制作用。可見,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)酵過程中AEG對剩余污泥中有機(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)酸過程。基于高通量焦磷酸測序分析,揭示了 AEG對發(fā)酵過程中微生物群落結(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－可見分光光度計于波長５００邋ｎｍ下測定溶液的吸光逡逑度值并計算蛋白質(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，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定逡逑溶解性碳水化合物的測定采用蒽酮比色法［６Ｑ］。取適量經(jīng)離心過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－可見分光光度計于波長６２０邋ｒｎｎ下測定溶液的吸光度值并計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

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－可見分光光度計于波長５００邋ｎｍ下測定溶液的吸光逡逑度值并計算蛋白質(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，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定逡逑溶解性碳水化合物的測定采用蒽酮比色法［６Ｑ］。取適量經(jīng)離心過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－可見分光光度計于波長６２０邋ｒｎｎ下測定溶液的吸光度值并計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
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2687804