【摘要】：近年來(lái),隨著貯存污泥產(chǎn)量的增多,引發(fā)的環(huán)境等問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注。因此,對(duì)貯存污泥的處理迫在眉睫。但是貯存污泥性質(zhì)及高含水率等問(wèn)題影響其進(jìn)一步的處理處置,因而對(duì)貯存污泥性質(zhì)進(jìn)行分析以及脫水干化是后續(xù)處理的關(guān)鍵。生物干化技術(shù)是當(dāng)前處理貯存污泥經(jīng)濟(jì)可行的方法之一。本文分析了貯存污泥在長(zhǎng)期貯存過(guò)程中的性質(zhì)變化,在此基礎(chǔ)上研究了貯存污泥生物干化的關(guān)鍵影響因素,并建立了預(yù)測(cè)模型;研究了生物干化過(guò)程不同組分的轉(zhuǎn)化規(guī)律以及水分和熱量的變化情況;最后利用分子生物學(xué)技術(shù)探討了生物干化過(guò)程中微生物(細(xì)菌和真菌)的群落結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn),以及水分變化與微生物群落的關(guān)系。由于貯存污泥的性質(zhì)會(huì)影響后續(xù)的處理處置方式,且其性質(zhì)在長(zhǎng)期貯存過(guò)程中會(huì)發(fā)生變化,因此首先對(duì)沈陽(yáng)某污泥填埋場(chǎng)貯存污泥性質(zhì)隨貯存時(shí)間的變化進(jìn)行了分析,并進(jìn)行了相關(guān)數(shù)學(xué)模型的擬合,結(jié)果顯示貯存污泥在長(zhǎng)期的貯存過(guò)程中含水率始終維持在較高的水平(75~80%),并沒(méi)有顯著降低。有機(jī)質(zhì)含量逐漸降低,前期下降趨勢(shì)明顯,后期逐漸變緩,最終降至38.45%左右。Cu、Zn、Cr、Ni、Cd、As、Hg等重金屬含量及形態(tài)并未發(fā)生明顯規(guī)律性變化�？偟�、NH_4~+-N及NO_3~--N的變化趨勢(shì)分別與高斯函數(shù)、傅里葉函數(shù)和多項(xiàng)式函數(shù)擬合較好。生物干化過(guò)程中調(diào)理劑和通風(fēng)等因素對(duì)干化效果具有重要的影響,因此采用生物干化實(shí)驗(yàn)裝置考察了調(diào)理劑種類、調(diào)理劑配比、通風(fēng)方式和通風(fēng)量等關(guān)鍵影響因素對(duì)貯存污泥生物干化的影響,結(jié)果顯示貯存污泥與啤酒糟的配比為5:1(w/w,濕重),通風(fēng)方式為10 min開/20 min關(guān)的間歇通風(fēng)方式,通風(fēng)量為1.4 L min~(-1) kg~(-1)干物質(zhì)是較為合適的選擇,此時(shí)含水率由70.90%降至56.36%�；谥С窒蛄炕貧w機(jī)的預(yù)測(cè)模型可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)生物干化過(guò)程中含水率的變化。生物干化過(guò)程中溶解性有機(jī)物、腐殖質(zhì)和元素的變化表明生物干化可以促進(jìn)物料向穩(wěn)定的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化。對(duì)有機(jī)質(zhì)不同溶解性組分(水溶性組分、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素)的降解情況分析表明,結(jié)構(gòu)不同的有機(jī)組分在生物干化過(guò)程中的降解情況不同。由水分平衡分析可知,蒸發(fā)是生物干化過(guò)程中水分去除的主要途徑,占總?cè)コ康?0%以上。熱量分析表明蒸發(fā)散熱是生物干化過(guò)程中熱量消耗的主要途徑,占總消耗熱量的60%左右。調(diào)理劑對(duì)生物干化系統(tǒng)生物熱的貢獻(xiàn)值大于80%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于貯存污泥的貢獻(xiàn)值,因此貯存污泥生物干化時(shí)添加調(diào)理劑是非常必要的。利用平板計(jì)數(shù)方法考察了生物干化過(guò)程中微生物數(shù)量的變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)菌數(shù)量變化與放線菌相似,總體先升高后降低;真菌數(shù)量在初期出現(xiàn)短暫的上升,此后快速下降。對(duì)生物干化過(guò)程中多種酶活性進(jìn)行分析,結(jié)果表明淀粉酶、蛋白酶及脂肪酶活性均先增加后降低,木質(zhì)纖維素酶(木聚糖酶、羧甲基纖維素酶和木質(zhì)過(guò)氧化物酶)在整個(gè)生物干化過(guò)程中始終維持在較低的水平。利用高通量測(cè)序技術(shù)考察了生物干化過(guò)程中微生物(細(xì)菌和真菌)的群落結(jié)構(gòu)。細(xì)菌群落結(jié)果表明,生物干化過(guò)程會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌群落多樣性降低,群落結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化,且高溫期的優(yōu)勢(shì)菌屬為Ureibacillus和Bacillus。利用PICRUSt對(duì)細(xì)菌群落的功能性預(yù)測(cè)分析可知,主要的生化代謝途徑為:代謝、基因信息處理過(guò)程、環(huán)境信息處理過(guò)程和細(xì)胞過(guò)程。對(duì)真菌群落的分析同樣表明,生物干化過(guò)程中真菌群落的多樣性經(jīng)過(guò)高溫期后會(huì)降低。在屬水平,高溫期優(yōu)勢(shì)真菌為Pichia。利用FUNGuild數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)真菌的功能性預(yù)測(cè)分析表明,真菌根據(jù)營(yíng)養(yǎng)方式主要分為病原型和腐生型兩大類。對(duì)水分變化與微生物群落的關(guān)系分析表明Bacillus、Ureibacillus和Pichia對(duì)生物干化過(guò)程中水分蒸發(fā)發(fā)揮至關(guān)重要的作用。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

研究技術(shù)路線圖

圖 2-1 生物干化實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.2-1 Schematic diagram of experimental equipment for biodrying生物干化反應(yīng)器的主體是以有機(jī)玻璃為材質(zhì)的圓柱體，內(nèi)部直徑為 40 cm，高度為 60 cm，有效體積約為 50 L。為防止熱量散失，反應(yīng)器的外壁用 15 cm厚的保溫棉包裹。在物料的上方覆蓋一層保溫材料防止熱量的損失及水分的冷凝回流，定期更換覆蓋的保溫材料。距反應(yīng)器底部約 30 cm 處設(shè)置一活動(dòng)的有

圖 2-2 污泥填埋場(chǎng)位置（紅色區(qū)域） 圖 2-3 污泥填埋坑位置分布示意圖Fig. 2-2 Location of sludge landfill (Red aera) Fig.2-3 Distribution map of sludge landfill pit2.2.3 調(diào)理劑對(duì)生物干化過(guò)程影響實(shí)驗(yàn)2.2.3.1 調(diào)理劑種類影響實(shí)驗(yàn)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2764631