發(fā)布時(shí)間：2020-08-10 18:11

【摘要】：城市污水處理廠產(chǎn)生了大量的剩余污泥,需要及時(shí)處理和處置,如不進(jìn)行合理利用,不僅是一種資源的浪費(fèi)而且將會(huì)造成污染。厭氧消化技術(shù)能在去除污染物的同時(shí)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(shí)間長(zhǎng)、底物利用率低等缺點(diǎn),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(shí)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(duì)厭氧消化產(chǎn)甲烷的影響。同時(shí),采用Illumina等高通量測(cè)序技術(shù),對(duì)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(duì)象,首先對(duì)其進(jìn)行了堿預(yù)處理,研究了堿預(yù)處理對(duì)厭氧消化的影響,發(fā)現(xiàn)堿預(yù)處理能有效促進(jìn)污泥中有機(jī)物的溶出。堿處理24h后,SCOD從185 mg/L增加到2981 mg/L,是對(duì)照組的16倍。同時(shí)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?jī)H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(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行。在堿預(yù)處理的基礎(chǔ)上,探究了微生物電化學(xué)體系對(duì)厭氧消化體系的影響,并對(duì)MEC-AD耦合反應(yīng)體系的工藝參數(shù)進(jìn)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(shí)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(duì)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(duì)照組的1.42和1.37倍。在0.8 V的條件下,研究了PBS對(duì)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(duì)照組為0.18m L CH4/(m L反應(yīng)器·d),實(shí)驗(yàn)組的累積甲烷產(chǎn)量是對(duì)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(guò)程。而從微生物群落結(jié)構(gòu)看,微生物電化學(xué)體系有力地促進(jìn)了Euryarchaeota的生長(zhǎng),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(shì)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(shuō)明MEC-AD耦合體系有利于乙酸型產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)。Methanobacterium由8.4%(0V)、增加到20.5%(0.5V)和12.3%(0.8V)。說(shuō)明外加電壓也能促進(jìn)嗜氫型產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：X703
【圖文】：

.2 厭氧消化的影響因素厭氧消化是指在厭氧（無(wú)氧）條件下，厭氧微生物將復(fù)雜的大分子有機(jī)甲烷、二氧化碳、無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和腐殖質(zhì)等簡(jiǎn)單化合物的生物化學(xué)過(guò)程化是目前應(yīng)用最廣泛的污泥穩(wěn)定化工藝，不僅能實(shí)現(xiàn)污泥減量、殺死病還能回收甲烷等能源氣體。美國(guó)有 68%的污水處理廠利用厭氧消化工藝；在德國(guó)，服務(wù)人口大于 30000 人（約 9000 m3/d）時(shí)污水處理廠一般采化工藝；當(dāng)服務(wù)人口大于 100000 人（約 30000 m3/d）時(shí)，法國(guó)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(xué)說(shuō)，其中論和四菌群學(xué)說(shuō)描述得較為全面和具體。1979 年，J.G.Zeikus 提出了四菌該理論認(rèn)為厭氧消化過(guò)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(yáng)極產(chǎn)電菌是核心驅(qū)動(dòng)力，共具有三種胞三種胞外電子傳遞機(jī)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(jī)制（1）膜關(guān)聯(lián)蛋白；（2）納米導(dǎo)線；（3）溶解性氧化還原介體

（exoelectrogens）在陽(yáng)極氧化有機(jī)物，產(chǎn)生 CO2、電子和質(zhì)子，電子通過(guò)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(yáng)極產(chǎn)電菌是核心驅(qū)動(dòng)力，共具有三種胞外電子傳遞模陽(yáng)極產(chǎn)電菌有三種胞外電子傳遞機(jī)制，如圖 1-3 所示。一是膜關(guān)聯(lián)色素；二是納米導(dǎo)線；三是溶解性氧化還原穿梭體。

【參考文獻(xiàn)】

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1 王s

本文編號(hào)：2788445