污泥穩(wěn)定化是污泥無害化的一個(gè)關(guān)鍵步驟,未經(jīng)穩(wěn)定化處理的污泥肆意排放將對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康造成重大的危害。通常污泥穩(wěn)定化方法分物理法、化學(xué)法和生物法,而生物法又主要有厭氧消化和好氧消化。自熱高溫微好氧消化(ATMAD)源自于好氧消化,采用該工藝進(jìn)行污泥穩(wěn)定化處理具有消化快速高效、滅菌效果好等優(yōu)點(diǎn)。但是污泥ATMAD工藝消化過程中前期由于供氧不足導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸(VFA)大量積累,造成系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)勢菌種受到抑制,使得該工藝的消化性能無法得到進(jìn)一步地提高。針對(duì)ATMAD工藝的不足,本文考察了硝酸鐵、氯化鐵等藥劑對(duì)污泥ATMAD工藝效果的影響;在此基礎(chǔ)上,探討了投加量、投加時(shí)段等工藝參數(shù)對(duì)硝酸鐵強(qiáng)化污泥ATMAD進(jìn)程的影響;隨后進(jìn)一步研究了消化溫度、曝氣速率等因素對(duì)硝酸鐵提高污泥ATMAD效率的影響;最后通過分析最優(yōu)化條件下硝酸鐵強(qiáng)化污泥ATMAD系統(tǒng)中有機(jī)物代謝和微生物群落結(jié)構(gòu)演變之間的相互影響規(guī)律,闡明硝酸鐵強(qiáng)化污泥ATMAD工藝的作用機(jī)理;此外,還對(duì)硝酸鐵強(qiáng)化污泥ATMAD系統(tǒng)中有機(jī)物降解的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。硝酸鐵對(duì)ATMAD消化反應(yīng)過程的促進(jìn)作用最為明顯,氯化鐵次之,硝酸鉀和氯化鉀的作用不明顯。消化結(jié)束時(shí)硝酸鐵強(qiáng)化組較空白組可使TVFA的濃度從5499 mg/L有效降低至716 mg/L,乙酸濃度從2790 mg/L減少至541 mg/L,有效地提高了微生物的活性,使得污泥穩(wěn)定化所需的時(shí)間縮短了9天,穩(wěn)定化程度也得到了提高,最終VS去除率較空白組高了8%,消化液上清液中碳氮磷等物質(zhì)濃度也都降低。表明藥劑強(qiáng)化污泥ATMAD工藝取得了顯著的效果。硝酸鐵最佳的投加量為以去除1000 mg/L乙酸當(dāng)量對(duì)應(yīng)量,最佳投加時(shí)段為第6天,最佳的投加初始pH為6.5。硝酸鐵強(qiáng)化下,ATMAD工藝污泥的消化效果隨消化溫度的升高而增強(qiáng),最佳溫度為55℃;曝氣速率的增大有利于加速污泥的穩(wěn)定化速率,曝氣速率以每小時(shí)氣液比1.0為宜;進(jìn)料污泥TS濃度增大不利于消化效果,最佳TS濃度為5.5%;進(jìn)料污泥中二沉池污泥比例越高越有利于工藝的消化效果,以100%二沉池污泥最佳。硝酸鐵強(qiáng)化組的污泥穩(wěn)定化效果均要高于空白組,但卻不能本質(zhì)上提高污泥的可生化性。消化污泥的脫水性能并未因鐵鹽的加入而有所改善,藥劑強(qiáng)化下曝氣速率和進(jìn)泥中二沉池污泥比例的增大均使得消化污泥的脫水性能惡化。硝酸鐵加入后不僅降低了VFA的濃度,也改變了VFA的種類分布,使其更有利于微生物的降解。添加硝酸鐵后污泥ATMAD消化系統(tǒng)中微生物總的菌群豐度保持基本不變,但微生物的多樣性大大降低,表明微生物群落結(jié)構(gòu)得到了選擇性簡化和強(qiáng)化作用。其中,ATMAD工藝系統(tǒng)內(nèi)革蘭氏陽性菌,尤其是Firmicutes的相對(duì)豐度得到了明顯提高,優(yōu)勢菌種從空白組中傳統(tǒng)的Proteobacteria菌門下Tepidiphilus sp.菌種轉(zhuǎn)化為Firmicutes菌門下Symbiobacterium sp.菌種。微生物群落結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,使得污泥ATMAD工藝過程上清液中溶解性有機(jī)物(DOM)的可生化降解成分比例呈倍數(shù)增長,從而促進(jìn)了消化過程的進(jìn)行,極大地提高了VS去除率,縮短了污泥穩(wěn)定化的時(shí)間。消化結(jié)束時(shí),硝酸鐵投加組的SCOD和TCOD均較空白組低,說明加藥組的污泥穩(wěn)定化水平較空白組更高。整個(gè)消化過程中有機(jī)物降解的動(dòng)力學(xué)方程式呈多段線性,即降解速率呈先快后慢的趨勢。溫度變化對(duì)藥劑作用效果的影響可以忽略不計(jì),藥劑強(qiáng)化系數(shù)即K_(T+A)/K_T為1.8700。硝酸鐵加入后放大了有機(jī)物比例變化帶來的影響。硝酸鐵加入前有機(jī)物降解速率隨進(jìn)料污泥濃度增大而增大,硝酸鐵加入后則相反,同時(shí),硝酸鐵加入后,污泥濃度對(duì)有機(jī)物降解速率的影響增強(qiáng)。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

論文研究的技術(shù)路線圖

圖 2.1 模擬的單段式 ATMAD 裝置示意圖Fig. 2.1Schematic diagram of the simulated one-stage ATMAD digester取一部分濾液，用 3%濃度的 H3PO4溶液將混合液 pH 調(diào)整至 4.0 左右箱內(nèi)儲(chǔ)存做后續(xù) VFA 測定。采用 Shimadzu GC-2010 型氣相色譜儀，

模擬單段式 ATMAD 工藝系統(tǒng)中微生物的 Illumina 高通量測序結(jié)果：（A）Shan（B）聚類樹；（C）微生物群落在門分類等級(jí)上的系統(tǒng)組成。相對(duì)豐度定義為計(jì)算的每一樣品中序列占總序列數(shù)的比例。按門等級(jí)算在三個(gè)基因庫中相對(duì)豐1.0%的菌種定義為“其他”。3.20 Results of Illumina high throughput sequencing： (A) Shannon rarefaction curvng tree; (C) taxonomic compositions of bacterial communities at phylum level in the se ATMAD systems. Relative abundance was defined as the number of sequences affilTU divided by the total number of sequences per sample. The relative abundance of pthan 1.0% of total composition in the three libraries was defined as “other”.組樣品在門分類等級(jí)上的微生物物種分布圖如圖 3.20 C 所示。經(jīng)過 21

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本文編號(hào)：2821985