碳源不足是制約生物脫氮除磷效果的重要因素,對剩余污泥進行厭氧發(fā)酵處理可獲取污泥內(nèi)碳源,而pH值是影響污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的關鍵因素。以城市污水處理廠剩余污泥為研究對象,采用批次試驗考察了pH值分別為3、5、7、9、10、11時剩余污泥厭氧發(fā)酵過程中有機物的溶出情況,并利用高通量測序技術對強酸和強堿環(huán)境下的發(fā)酵污泥進行細菌群落結(jié)構(gòu)分析。結(jié)果表明,pH值影響剩余污泥厭氧發(fā)酵過程中有機物的溶出和發(fā)酵體系的細菌群落結(jié)構(gòu)。堿性條件下污泥破解率和有機物溶出率均高于酸性和中性條件,pH=10是厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的最適pH值條件,發(fā)酵10 d時的VFAs質(zhì)量濃度最高為166.23 mg/L,且以異丁酸為主。高通量測序結(jié)果顯示,pH=3和pH=10時的優(yōu)勢菌門均為Proteobacteria、Chloroflexi、Firmicutes和Bacteroidetes,pH=3時的微生物群落結(jié)構(gòu)的豐度和多樣性均高于pH=10時,但pH=10時的發(fā)酵污泥中水解酸化菌的豐度更高,因此可促進有機酸的積累,優(yōu)勢度最高的門為Firmicutes,其次為Chloroflexi。 

【文章來源】：安全與環(huán)境學報. 2020,20(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

p H值對污泥破解和SCOD的影響

堿性環(huán)境下，隨pH值增大，VFAs質(zhì)量比降低;但pH=10時，VFAs的產(chǎn)量最高，為303.76 mg/L;此時，蛋白質(zhì)所占比例也最大，為46.41%;pH=11時，蛋白質(zhì)所占比例略有降低，為41.32%,VFAs的產(chǎn)量為271.03 mg/L。酸性環(huán)境下，隨pH值降低，VFAs的質(zhì)量濃度降低;但在p H=3時，VFAs質(zhì)量濃度最高，為246.03 mg/L。p H值為3、10和11時，蛋白質(zhì)所占比例遠高于碳水化合物，蛋白質(zhì)/多糖的比例分別為1.14、1.88和1.74。而且，強堿性條件下的蛋白質(zhì)和多糖含量更高，可為產(chǎn)酸菌提供更多可利用的發(fā)酵底物。這是因為強酸或強堿更有利于污泥破解，尤其是大量OH-的存在增強了污泥的電負性，使得污泥顆粒之間靜電斥力增大，污泥絮體更為分散，有利于產(chǎn)酸菌與底物的接觸，產(chǎn)酸量增大[30]。另外，強堿性條件抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性，從而減少了有機酸的消耗[31]。因此，pH=10的堿性環(huán)境更有利于有機酸的產(chǎn)生與積累，這與Yuan等[32]的研究結(jié)果一致。圖3顯示了蛋白質(zhì)和多糖總量隨發(fā)酵時間的變化趨勢。強堿性環(huán)境(p H值為10和11)下的總質(zhì)量濃度隨發(fā)酵時間延長逐漸增大，在發(fā)酵8 d之后趨于穩(wěn)定。相反，在其余p H值條件下，總質(zhì)量濃度呈現(xiàn)波動性增加的趨勢，質(zhì)量濃度在137.55～335.24 mg/L波動。厭氧發(fā)酵前2 d，堿性環(huán)境下蛋白質(zhì)和多糖的溶出速率較高，隨后出現(xiàn)降低。厭氧發(fā)酵前6 d,pH=11時的蛋白質(zhì)與多糖總質(zhì)量濃度始終是最高的，其次是pH=10時的。發(fā)酵6 d之后，pH=10時的最高，并始終保持較高水平。第8 d時，在pH=10和pH=11時的蛋白質(zhì)和多糖總量分別為1 164.23 mg/L和1 134.22 mg/L，并趨于穩(wěn)定。發(fā)酵10 d時，在p H=10和pH=11時的蛋白質(zhì)和多糖質(zhì)量濃度分別為1 164.23 mg/L和1 145.23mg/L，變化不明顯。

由于剩余污泥中大部分有機物是與細胞壁和胞外聚合物(EPS)相結(jié)合的，蛋白質(zhì)和多糖的溶出意味著EPS和細胞結(jié)構(gòu)在酸和堿的作用下發(fā)生了裂解，而EPS多帶負電荷[33]，堿性環(huán)境下，EPS中的酸性基團更易分解，使帶負電荷的EPS產(chǎn)生排斥作用，破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)，從而使蛋白質(zhì)和多糖釋放到污泥發(fā)酵液中，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)與多糖總質(zhì)量濃度增加[34]。另外，EPS中含有大量水解酶，可催化發(fā)酵底物的水解，更有利于水解發(fā)酵菌與底物之間進行有效接觸。因而，堿性環(huán)境更有利于蛋白質(zhì)與多糖的溶出[32]。2.1.3 揮發(fā)性有機酸積累

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于Fe3+/EDTA-2Na的類芬頓污泥預處理技術[J]. 徐文迪,常沙,黃殿男,傅金祥,李琳,張賀凱,焦美怡.  安全與環(huán)境學報. 2018(06)
[2]預處理條件對高含固污泥熱水解有機物組分轉(zhuǎn)化的影響[J]. 韓蕓,王曉飛,卓楊,曹玉芹,鐘晨.  安全與環(huán)境學報. 2018(04)
[3]pH值對剩余污泥微氧水解酸化溶出物及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 曾薇,郭京京,紀兆華,趙丹,彭永臻.  應用基礎與工程科學學報. 2018(03)
[4]曝氣及攪拌強化超聲預處理污泥試驗研究[J]. 張小玲,趙艷紅,李正群,張帆.  安全與環(huán)境學報. 2018(02)
[5]強堿預處理和堿性強度對剩余污泥發(fā)酵的影響[J]. 彭永臻,邢立群,金寶丹,王淑瑩.  北京工業(yè)大學學報. 2016(02)
[6]污泥厭氧產(chǎn)酸發(fā)酵液作碳源強化污水脫氮除磷中試研究[J]. 羅哲,周光杰,劉宏波,聶新宇,陳宇,翟麗琴,劉和.  環(huán)境科學. 2015(03)
[7]熱堿處理對污水處理廠污泥特性的影響研究[J]. 楊世東,陳霞,劉操,肖本益.  環(huán)境科學. 2015(02)
[8]提高污泥堿性發(fā)酵揮發(fā)酸積累的新方法[J]. 李曉玲,彭永臻,柴同志,朱建平,王淑瑩.  環(huán)境科學. 2014(07)
[9]利用活性污泥水解發(fā)酵補充碳源優(yōu)化脫氮除磷[J]. 劉智曉,季民,郝赟,孟軼,G.Petersen.  中國給水排水. 2013(04)



本文編號：3271672