城市污水廠產生的剩余污泥存在產量大、含水率高、脫水困難和有機物穩(wěn)定時間長等特點,使得污泥的處理處置成為污水處理廠運行管理的難點。為降低污泥后續(xù)處理處置的難度,本文采用超聲波、Fenton和超聲波耦合Fenton預處理方法對污泥的破解效果進行了研究,然后以Fenton氧化污泥后的上清液為微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)碳源實現污泥的資源化,并研究了不同陰極條件下,陽極底物的降解情況及產電性能,最后用宏基因組測序技術對接種污泥和陽極碳氈上的微生物菌群結構及其豐度進行了分析。主要研究結論如下:(1)超聲波破解污泥的試驗結果表明,超聲波會使污泥的理化性質發(fā)生顯著變化。隨著聲能密度的增大和破解時間的延長,上清液中溶解態(tài)有機物(以SCOD指標表征)、蛋白質、多糖和氮磷等物質的濃度明顯增加,污泥粒徑顯著減小。在0.8W/mL的聲能密度下破解30min,上清液中SCOD、NH_4~+-N、TN、TP、蛋白質和多糖的濃度較處理前分別增加了20.3倍、5.9倍、11.0倍、0.9倍、9.4倍和12.0倍;污泥平均粒徑較反應前下降了86.1%。在一定聲能密度條件下,SCOD增加值隨破解時間的延長線性增加,且聲能密度越大,超聲波破解污泥的速率越快,SCOD的濃度越高。超聲能量對污泥的脫水效果有顯著影響,隨著超聲能量的增加,污泥的脫水性能先出現了短暫的改善,之后不斷惡化,表現為污泥比阻(Specific Resistance to Filtration,SRF)先略有減小后大幅增加。通過擬合污泥顆粒的比表面積和污泥SRF及污泥上清液中胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的濃度和污泥SRF可知,顆粒比表面積和EPS濃度與污泥SRF都存在顯著的線性關系。(2)Fenton氧化剩余污泥的試驗結果表明,在40℃,初始pH值為3,H_2O_2投加量為9.99g/L,Fe~(2+)投加量為0.75g/L,反應時間為120min時,上清液中的SCOD、蛋白質、多糖、NH_4~+-N和TN的濃度較原泥上清液分別增加了15.8倍、13.4倍、11.3倍、6.6倍和13.1倍;污泥的SRF較原泥下降了77.3%;平均粒徑較原泥減小了53.9%。Fenton耦合超聲波的試驗結果表明,在Fenton氧化聯合超聲波可以提高Fenton破解污泥的效果,隨著聲能密度的增加和反應時間的延長,氧化效果逐漸增強。但在耦合0.4W/mL聲能密度下反應120min時,三種方法破解后上清液中SCOD的濃度依次為超聲波耦合法Fenton,同時隨著耦合法中聲能密度的增加和反應時間的延長,污泥的SRF逐漸增加。(3)以Fenton氧化污泥的上清液為MFC陽極底物的試驗結果表明,在陰極分別為50mmol/L鐵氰化鉀、曝氣、200mg/L高錳酸鉀條件下,穩(wěn)定運行一個周期后,SCOD的降解效率分別為70.66%、67.67%和74.66%;庫倫效率分別為13.69%、9.59%和5.61%;功率密度分別為8.15W/m~3、1.63W/m~3和1.98W/m~3;內阻分別為36.73Ω、230.8Ω和339.8Ω;較原污泥上清液而言,產電性能大幅度提升。通過對MFC接種污泥和陽極碳氈進行微生物分類測序可知,在門水平上,接種污泥和陽極碳氈上的優(yōu)勢菌種都為Proteobacteria,Chloroflexi和Bacteroidetes。在屬水平水平上,接種污泥中的菌屬主要是未分類;而陽極碳氈上的菌屬分布主要以Petrimonas、Comamonas和Bellilinea為主。
【學位單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

長安大學碩士學位論文實驗方法由亞克力制成的雙室型，單室有效體積為 500mL，兩膜面積為 49cm2。陰陽兩極的電極材料是由碳棒串，并外接可變電阻箱，構成回路。電壓信號采集系MFC 裝置實物圖如圖 2.1 所示。有的無機金屬離子和有機物雜質會增大 MFC 的內料和質子交換膜進行預處理。碳氈經去離子水沖l/L NaOH 中浸泡 2h，以去除表面雜質，最后在去離膜先在 80℃的 5%H2O2中煮 1h，然后用蒸餾水沖洗煮 2h，最后用去離子水沖洗至 pH 為中性，陰涼干

OTUs/Reads=86557/4123=4.76%。從測序結果可知，兩個樣本的 Reads、OTs/Reads 都有較大的差異，說明接種污泥和 MFC 穩(wěn)定產電時的陽極生物膜群間有顯著的差異性。ACE 和 Chao1 是用來計算微生物群落豐度的指數[119]，兩者的數值越大，說度越高，比較兩個樣本，可知陽極碳氈上的群落豐度更高。Shannon 和 Sim來計算微生物群落多樣性的指數[120]，shannon 數值越大，說明群落多樣性pson 指數越大，說明群落多樣性越低，從兩個樣本的分析結果來看，接種污多樣性更高。Coverage 表示樣本文庫的覆蓋率，其數值越大，則樣本中的序出來的概率越低，兩個樣本中的 Coverage 都超過 0.92，說明樣本文庫具有較率，可以真實地反映出微生物群落的分布情況。2 微生物在門水平上的群落結構兩個樣本中的微生物在門水平上的組成及相對豐度如圖 5.19 所示。
【參考文獻】

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本文編號：2860816