【摘要】：城市污水處理廠產(chǎn)生了大量的剩余污泥,需要及時處理和處置,如不進行合理利用,不僅是一種資源的浪費而且將會造成污染。厭氧消化技術(shù)能在去除污染物的同時回收甲烷,是今后污泥處理技術(shù)發(fā)展的方向。但是傳統(tǒng)厭氧消化存在著厭氧消化時間長、底物利用率低等缺點,成為制約厭氧消化系統(tǒng)處理效率的重要因素。微生物電解池系統(tǒng)能縮短厭氧消化的時間,打破了厭氧消化處理剩余污泥不能有效利用蛋白質(zhì)的瓶頸,本文采用了一種新型的微生物電解池-厭氧消化耦合工藝(MEC-AD),考察了該工藝體系對厭氧消化產(chǎn)甲烷的影響。同時,采用Illumina等高通量測序技術(shù),對微生物群落結(jié)構(gòu)加以解析。本論文以剩余污泥為研究對象,首先對其進行了堿預(yù)處理,研究了堿預(yù)處理對厭氧消化的影響,發(fā)現(xiàn)堿預(yù)處理能有效促進污泥中有機物的溶出。堿處理24h后,SCOD從185 mg/L增加到2981 mg/L,是對照組的16倍。同時堿預(yù)處理也有利于提高甲烷產(chǎn)量,堿預(yù)處理組污泥的最大甲烷產(chǎn)量為0.22 m L/(m L反應(yīng)器·d),而未處理污泥的最大甲烷產(chǎn)量僅為0.13 m L/(m L反應(yīng)器·d),累積甲烷產(chǎn)量提高了50%。堿處理組與未處理組污泥比較,微生物群落結(jié)構(gòu)均有較大差別。堿預(yù)處理組Euryarchaeota減少了4.5%,但Firmicutes增加了10.4%,Firmicutes增加將有利于微生物電化學系統(tǒng)的運行。在堿預(yù)處理的基礎(chǔ)上,探究了微生物電化學體系對厭氧消化體系的影響,并對MEC-AD耦合反應(yīng)體系的工藝參數(shù)進行了初步研究。研究發(fā)現(xiàn)MEC-AD耦合工藝能有效縮短厭氧消化時間,提高甲烷產(chǎn)量。在該體系下厭氧消化周期縮短了6天。0.8V、0.5V、對照組的最大甲烷產(chǎn)率分別為0.26m L CH4/(m L反應(yīng)器·d)、0.22m L CH4/(m L反應(yīng)器·d)、0.21m L CH4/(m L反應(yīng)器·d);0.8 V和0.5 V條件下,甲烷總產(chǎn)量分別是對照組的1.42和1.37倍。在0.8 V的條件下,研究了PBS對MEC-AD耦合工藝的影響,發(fā)現(xiàn)添加PBS后最大甲烷產(chǎn)率為0.195m L CH4/(m L反應(yīng)器·d),對照組為0.18m L CH4/(m L反應(yīng)器·d),實驗組的累積甲烷產(chǎn)量是對照組的1.446倍。因此在MEC-AD耦合反應(yīng)器添加PBS有利于產(chǎn)甲烷過程。而從微生物群落結(jié)構(gòu)看,微生物電化學體系有力地促進了Euryarchaeota的生長,Euryarchaeota的占比從20.3%(0V)分別增加到50.4%(0.5V)和27.5%(0.8V),其含豐度分別提高了30.1%和7.2%。在加的電情況下,微生物群落有選擇的富集Euryarchaeota,Euryarchaeota的富集將有利于厭氧消化產(chǎn)甲烷。在該厭氧消化體系中,甲烷古菌的優(yōu)勢菌群為Methanosaeta和Methanobacterium。在加的電情況下其含量均增加。Methanosaeta的豐度由8.4%(0V)增加到28%(0.5V)和14.6%(0.8V),說明MEC-AD耦合體系有利于乙酸型產(chǎn)甲烷菌的生長。Methanobacterium由8.4%(0V)、增加到20.5%(0.5V)和12.3%(0.8V)。說明外加電壓也能促進嗜氫型產(chǎn)甲烷菌的生長。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703
【圖文】：

.2 厭氧消化的影響因素厭氧消化是指在厭氧（無氧）條件下，厭氧微生物將復雜的大分子有機甲烷、二氧化碳、無機營養(yǎng)物質(zhì)和腐殖質(zhì)等簡單化合物的生物化學過程化是目前應(yīng)用最廣泛的污泥穩(wěn)定化工藝，不僅能實現(xiàn)污泥減量、殺死病還能回收甲烷等能源氣體。美國有 68%的污水處理廠利用厭氧消化工藝；在德國，服務(wù)人口大于 30000 人（約 9000 m3/d）時污水處理廠一般采化工藝；當服務(wù)人口大于 100000 人（約 30000 m3/d）時，法國和東歐的廠采用厭氧消化工藝[40]。厭氧消化理論先后經(jīng)歷了兩階段理論、三階段理論和四菌群學說，其中論和四菌群學說描述得較為全面和具體。1979 年，J.G.Zeikus 提出了四菌該理論認為厭氧消化過程有 4 種群微生物參與，除了水解發(fā)酵菌、產(chǎn)氫、產(chǎn)甲烷菌外，還有同型產(chǎn)乙酸菌[41, 42]。同型產(chǎn)乙酸菌可利用 H2和 CO。

圖 1-2 MEC 結(jié)構(gòu)示意圖電解池中，陽極產(chǎn)電菌是核心驅(qū)動力，共具有三種胞三種胞外電子傳遞機制，如圖 1-3 所示。一是膜關(guān)聯(lián)解性氧化還原穿梭體。圖 1-3 產(chǎn)電菌的三種胞外電子傳遞機制（1）膜關(guān)聯(lián)蛋白；（2）納米導線；（3）溶解性氧化還原介體

（exoelectrogens）在陽極氧化有機物，產(chǎn)生 CO2、電子和質(zhì)子，電子通過外電路傳遞到陰極，與質(zhì)子結(jié)合產(chǎn)生 H2。MEC 結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-2。圖 1-2 MEC 結(jié)構(gòu)示意圖在微生物電解池中，陽極產(chǎn)電菌是核心驅(qū)動力，共具有三種胞外電子傳遞模陽極產(chǎn)電菌有三種胞外電子傳遞機制，如圖 1-3 所示。一是膜關(guān)聯(lián)色素；二是納米導線；三是溶解性氧化還原穿梭體。

【參考文獻】

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1 王s

本文編號：2788445