【摘要】：傳統(tǒng)的生物反硝化法被認(rèn)為是最為經(jīng)濟(jì)有效且常用的脫氮方法,在這個(gè)過(guò)程中,充足有效的有機(jī)碳源是至關(guān)重要的。在實(shí)際工程中,為了保證完全反硝化的順利進(jìn)行,一般要求COD/TN在4~15。但是,隨著居民生活水平的提高,城市污水中COD/TN越來(lái)越低,污水中的有機(jī)碳含量難以滿足反硝化細(xì)菌對(duì)碳源的需求,生物反硝化過(guò)程因此受到抑制。為了提高低碳比廢水的生物脫氮效率,開(kāi)發(fā)一種低成本、高效率的碳源,既能提高生物脫氮效率,又能提高碳源的利用效率。剩余污泥發(fā)酵液中含有高濃度的短鏈脂肪酸(SCFAs),這些有機(jī)酸在污水生物脫氮過(guò)程中可以直接被用作有機(jī)碳源。但發(fā)酵液富含高濃度的氨氮、重金屬等,如果直接投加發(fā)酵液作為反硝化碳源可能會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器氮負(fù)荷的增加、出水的二次污染及碳源利用效率低。為了有效利用發(fā)酵液中的SCFAs,課題組前期將SCFAs作為目標(biāo)陰離子,在模擬體系成功地合成了SCFAs-LDH,并成功的用作反硝化的固體緩釋碳源。而實(shí)際發(fā)酵液體系含有大量的CO_3~(2-)和PO_4~(3-),會(huì)影響LDHs對(duì)發(fā)酵液中SCFAs的提取效率。結(jié)合課題組前期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,本課題首次提出利用Ca(OH)_2作為剩余污泥堿性發(fā)酵的調(diào)堿劑,在提高SCFAs的同時(shí),去除發(fā)酵液所釋放的CO_3~(2-)和PO_4~(3-),提高SCFAs的提取效率。通過(guò)不同的堿發(fā)酵,對(duì)比了Ca(OH)_2和NaOH水解產(chǎn)酸效果、CO_3~(2-)和PO_4~(3-)去除效果及發(fā)酵液中SCFAs的提取效率;針對(duì)Ca(OH)_2發(fā)酵液中SCFAs的提取效率,對(duì)不同的LDHs的合成方法及合成條件進(jìn)行了研究,分析了不同方法及不同條件下發(fā)酵液中SCFAs的提取效率。主要研究結(jié)果和討論如下:(1)通過(guò)使用Ca(OH)_2和NaOH作為剩余污泥堿性厭氧發(fā)酵的調(diào)堿劑,研究了在pH為10的堿性厭氧條件下,SCOD和SCFAs的溶出情況。結(jié)果表明SCOD的溶出量分別是對(duì)照組的3.4和4.5倍,Ca(OH)_2和NaOH發(fā)酵液中總的SCFAs濃度均要高于對(duì)照組,主要成分均為乙酸,分別占了總酸的66.1%和65.8%。(2)通過(guò)剩余污泥堿性厭氧發(fā)酵,研究了不同堿在pH為10的堿性厭氧條件下,CO_3~(2-)和PO_4~(3-)的釋放情況。結(jié)果表明Ca(OH)_2發(fā)酵組的PO_4~(3-)釋放量很低,最大為7.56 mg P/L,NaOH發(fā)酵組最大的PO_4~(3-)釋放量為250.8 mg P/L。通過(guò)計(jì)算,Ca(OH)_2發(fā)酵組的CO_3~(2-)釋放量可以忽略不計(jì),且Ca(OH)_2發(fā)酵后的污泥殘?jiān)饕訡aCO_3為主,NaOH以SiO_2晶體為主。研究結(jié)果說(shuō)明利用Ca(OH)_2作為調(diào)堿劑確實(shí)可以去除掉大量的CO_3~(2-)和PO_4~(3-)。(3)通過(guò)LDH提取Ca(OH)_2和NaOH發(fā)酵液中的SCFAs,對(duì)比了不同發(fā)酵液中SCFAs的提取效果。結(jié)果表明只有Ca(OH)_2發(fā)酵液成功合成了CaAl-LDH,且對(duì)SCFAs提取量及提取率最高,分別達(dá)到了17.38 mg COD/g和4.1%。(4)通過(guò)兩次共沉淀的方法來(lái)提取實(shí)際Ca(OH)_2發(fā)酵液中的SCFAs,研究了兩次共沉淀法對(duì)發(fā)酵液中SCFAs的提取率。結(jié)果表明,SCFAs-LDH1單位質(zhì)量的COD濃度較高,為157.8 mg/g,對(duì)COD和SCFAs的提取率分別為3.5%和0.5%;SCFAs-LDH2單位質(zhì)量的COD濃度較SCFAs-LDH1低,僅為44.5 mg/g,提取率為4.1%,SCFAs的提取率為2.5%;兩次共沉淀法對(duì)SCFAs總的提取率為3.0%,對(duì)總的COD的提取率達(dá)到7.6%。(5)通過(guò)離子交換法提取Ca(OH)_2發(fā)酵液中的SCFAs,研究了不同溫度和pH下的提取效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同溫度下,LDHs載碳量隨溫度的增加而增加,并在溫度為80 ~oC時(shí),COD和載碳量都達(dá)到最大值;不同pH條件下,LDHs載碳量和COD均遠(yuǎn)低于不調(diào)pH時(shí)LDHs中的含量,且SCFAs的插層率隨pH的增加而降低,與不改變pH相比,插層率降低了一半。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：X703
【圖文】：

論文擬采取的技術(shù)路線

圖 2-1 堿性厭氧發(fā)酵裝置示意圖Fig. 2-1 Schematic diagram of alkaline anaerobic fermentation實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每天取一次樣，每次取 200 mL，第 7 d 停止反應(yīng)器。將部分發(fā)酵污泥在 10000 rpm 轉(zhuǎn)速下高速離心 10 min，然后用 0.45 μm 的膜對(duì)離心后的上清液進(jìn)行抽濾，測(cè)定厭氧發(fā)酵液中的 SCOD、SCFAs、NH4+-N、PO43-、堿度，剩余樣品放在 4oC 冰箱保存。另一部分污泥需要用于 TSS、VSS、TP 及Ca-P 的測(cè)定。2.2.2 原位 LDHs 提取發(fā)酵液中的 SCFAs本實(shí)驗(yàn)采用共沉淀的合成方法，用 LDHs 來(lái)提取實(shí)際堿性厭氧發(fā)酵液中的SCFAs。鑒于課題組在前期探究了模擬厭氧發(fā)酵液體系調(diào)控合成 SCFAs-LDH最佳電荷密度為 M2+/M3+=2，合成的 SCFAs-LDH 載碳量最高，故本實(shí)驗(yàn)中均采用 M2+/M3+=2 進(jìn)行合成。

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