本文關(guān)鍵詞：MEC用于剩余污泥產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷效能及微生物群落結(jié)構(gòu)解析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【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。如何在處置污泥的同時(shí)又能有效地將其作為一種資源被利用將是今后污泥處理技術(shù)發(fā)展的方向。本研究采用優(yōu)化的污泥預(yù)處理方法、經(jīng)微生物電解池(MEC)系統(tǒng)和接種微生物的MEC來(lái)處理剩余污泥,打破了厭氧發(fā)酵處理剩余污泥不能有效利用蛋白質(zhì)的瓶頸,以及丙酸積累對(duì)消化過(guò)程的抑制,同時(shí)在微生物群落結(jié)構(gòu)上加以解析,該方法提高了剩余污泥的處理效能,為剩余污泥的資源化利用提出了新的途徑。通過(guò)提高剩余污泥中可溶性物質(zhì)的含量,達(dá)到提高其處理效果,試驗(yàn)對(duì)幾種預(yù)處理前后剩余污泥的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析,最終選擇了簡(jiǎn)便易行,運(yùn)行成本相對(duì)較低的堿預(yù)處理剩余污泥的方法,并通過(guò)試驗(yàn)確定了堿的最適投加量為7.27±0.35mg NaOH/g VSS(即pH值為12)。試驗(yàn)結(jié)果表明,堿處理剩余污泥的最大甲烷產(chǎn)量及甲烷含量分別為362.2 mL/L·d和68.7%,產(chǎn)能效果顯著高于未處理污泥。同時(shí),堿處理污泥VSS的去除率也由原始的61.5±2.0%升高到了76.4±0.5%,蛋白的去除量由原始的4830±480 mg/L升高到6530±430 mg/L,污泥處理效能顯著提高。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。從細(xì)菌門(mén)的分類(lèi)來(lái)看,未處理剩余污泥實(shí)驗(yàn)組的測(cè)序結(jié)果是Nitrospirae最多,Proteobacteria和Firmicutes其次；堿處理的則是Chloroflexi最多,Firmicutes其次。而從細(xì)菌屬的分類(lèi)來(lái)看,堿處理組和未處理組都是lamia最多。但未處理組是Rhodobacter其次；堿處理是Petrimonas其次。古菌的微生物群落則是完全不同。未處理剩余污泥的古菌群落中是Methanosaeta最多占總數(shù)的將近一半；而堿處理剩余污泥則是Methanosarcina最多,占總古菌的一半以上。微生物群落結(jié)構(gòu)的差異是未處理與堿處理的剩余污泥厭氧發(fā)酵的效果不同的重要原因。采用厭氧發(fā)酵法處理剩余污泥時(shí),有大量的蛋白類(lèi)有機(jī)物不能被充分降解和利用,本研究便將MEC用于處理剩余污泥,以堿處理和未處理污泥作為對(duì)比,并將污泥樣品分別與PBS緩沖液按不同比例混合,得到不同濃度的污泥溶液,當(dāng)污泥濃度為16g COD/L時(shí),利用MEC處理剩余污泥堿處理組氫氣的產(chǎn)量和產(chǎn)率分別為14.22±0.39 mg-H2/g-VSS和0.47±0.02 m3-H2/m3d,并且堿處理組污泥氫氣產(chǎn)量占總氣體量的57.38%。MEC處理剩余污泥堿處理組甲烷的產(chǎn)量和產(chǎn)率分別為92.38±2.63 mg-CH4/g-VSS和0.235±0.005 m3-CH4/m3·d。在污泥濃度為16g COD/L的條件下,MEC用于剩余污泥產(chǎn)氫和產(chǎn)甲烷的能力得到提高。從微生物群落結(jié)構(gòu)解析來(lái)看,利用MEC處理剩余污泥細(xì)菌群落的優(yōu)勢(shì)菌屬為Geobacter和Petrimonas。而從古菌屬的水平上來(lái)看,在MEC系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)古菌為Methanomicrobia中的Methanocorpusculum,其次是Methanosaeta,尤其是Methanocorpusculum在堿處理的條件下較多,這說(shuō)明該菌屬適宜在堿性條件下存活。本研究為了更好的處理剩余污泥采用了接種微生物MEC的方法處理剩余污泥,分別接種了利用傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵法處理剩余污泥時(shí)產(chǎn)甲烷效果較好的污泥,并用UASB工藝下處理丙酸合成廢水時(shí)產(chǎn)氫效果較好的污泥來(lái)對(duì)MEC系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化產(chǎn)氫和產(chǎn)甲烷。其結(jié)果是當(dāng)污泥濃度為15g COD/L時(shí),堿處理組氫氣的產(chǎn)量為33.40±1.30mg-H2/g-VSS,甲烷產(chǎn)量為309.43±0.85 mg-CH4/g-VSS,都分別高于利用MEC處理剩余污泥。在利用接種微生物MEC處理剩余污泥時(shí),除氫氣和甲烷的產(chǎn)量和產(chǎn)率外,污泥TCOD、蛋白,以及各固體指標(biāo)的去除率都得到了強(qiáng)化。從微生物群落結(jié)構(gòu)來(lái)看,細(xì)菌主要是集中在Proteobacteria,Firmicute口Bacteroidetes等三個(gè)菌門(mén),而從細(xì)菌屬水平來(lái)看,是Deltaproteobacteria中的Geobacter和Desulfuromonas為主要的微生物。這些微生物除與污泥減量相關(guān)外,還與生物電化學(xué)系統(tǒng)中電流的產(chǎn)生有關(guān)。而從古菌的微生物群落結(jié)構(gòu)看主要還是Methanosaeta與Methanocorpusculum占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),表明嗜氫型產(chǎn)甲烷菌通過(guò)間接電子轉(zhuǎn)移途徑產(chǎn)甲烷。
【關(guān)鍵詞】：剩余污泥 厭氧發(fā)酵 微生物電解池 微生物群落
【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】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：X703.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-13
• 第1章 緒論13-32
• 1.1 課題來(lái)源13
• 1.2 本課題的研究背景、目的和意義13-15
• 1.2.1 研究背景13-14
• 1.2.2 本課題的研究目的和意義14-15
• 1.3 剩余污泥預(yù)處理研究進(jìn)展15-18
• 1.3.1 剩余污泥研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 剩余污泥預(yù)處理研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 剩余污泥厭氧發(fā)酵研究進(jìn)展18-22
• 1.4.1 剩余污泥厭氧發(fā)酵原理18-19
• 1.4.2 傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵處理剩余污泥的特點(diǎn)19-21
• 1.4.3 存在的問(wèn)題及展望21-22
• 1.5 微生物電解池(MEC)系統(tǒng)及工作原理22-30
• 1.5.1 微生物電解池(MEC)22-26
• 1.5.2 微生物電解池(MEC)的優(yōu)勢(shì)及前景26-28
• 1.5.3 利用微生物電解池(MEC)處理剩余污泥存在的問(wèn)題及展望28-30
• 1.6 本文的研究?jī)?nèi)容30-32
• 1.6.1 本課題的主要研究?jī)?nèi)容30-31
• 1.6.2 技術(shù)路線31-32
• 第2章 材料與方法32-48
• 2.1 剩余污泥預(yù)處理技術(shù)及厭氧發(fā)酵裝置33-36
• 2.1.1 剩余污泥來(lái)源33-34
• 2.1.2 剩余污泥預(yù)處理技術(shù)34-35
• 2.1.3 剩余污泥厭氧發(fā)酵裝置35-36
• 2.2 微生物電解池(MEC)系統(tǒng)36-40
• 2.2.1 MEC反應(yīng)器構(gòu)型36-37
• 2.2.2 MEC的啟動(dòng)與運(yùn)行37-38
• 2.2.3 強(qiáng)化MEC的接種微生物38
• 2.2.4 MEC性能的評(píng)價(jià)方法38-40
• 2.3 分析檢測(cè)方法40-42
• 2.3.1 相關(guān)化學(xué)分析40
• 2.3.2 氣體的測(cè)量與分析40-41
• 2.3.3 熒光顯微鏡分析41
• 2.3.4 三維熒光光譜分析41-42
• 2.4 微生物群落結(jié)構(gòu)解析42-48
• 2.4.1 基因組DNA提取42-43
• 2.4.2 16S rRNA基因擴(kuò)增43-44
• 2.4.3 16S rRNA基因克隆文庫(kù)建立44
• 2.4.4 高通量16S rRNA基因焦磷酸測(cè)序44-45
• 2.4.5 生物信息學(xué)統(tǒng)計(jì)分析45-48
• 第3章 堿處理對(duì)剩余污泥厭氧發(fā)酵的影響48-65
• 3.1 引言48-49
• 3.2 剩余污泥預(yù)處理方法的選擇49-55
• 3.2.1 剩余污泥預(yù)處理前后的污泥活性49-50
• 3.2.2 剩余污泥預(yù)處理前后各指標(biāo)分析50-52
• 3.2.3 各預(yù)處理前后剩余污泥EEM光譜分析52-55
• 3.3 堿處理對(duì)剩余污泥厭氧發(fā)酵的影響55-60
• 3.3.1 堿處理對(duì)剩余污泥厭氧發(fā)酵甲烷產(chǎn)量的影響55-58
• 3.3.2 堿處理對(duì)剩余污泥處理效果的影響58-60
• 3.4 堿處理剩余污泥厭氧發(fā)酵微生物群落結(jié)構(gòu)解析60-63
• 3.4.1 堿處理對(duì)剩余污泥細(xì)菌群落的影響61-63
• 3.4.2 堿處理對(duì)剩余污泥古菌群落的影響63
• 3.5 本章小結(jié)63-65
• 第4章 MEC處理剩余污泥產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷及功能微生物群落結(jié)構(gòu)解析65-87
• 4.1 引言65
• 4.2 MEC陽(yáng)極生物膜的富集65-66
• 4.3 MEC處理剩余污泥產(chǎn)氫效能分析66-77
• 4.3.1 剩余污泥來(lái)源及其基本性質(zhì)66
• 4.3.2 MEC處理剩余污泥產(chǎn)氫效果66-71
• 4.3.3 MEC處理剩余污泥產(chǎn)氫陽(yáng)極微生物群落解析71-77
• 4.4 MEC處理剩余污泥產(chǎn)甲烷77-85
• 4.4.1 剩余污泥的基本性質(zhì)77
• 4.4.2 MEC處理剩余污泥產(chǎn)甲烷效果77-82
• 4.4.3 MEC處理剩余污泥產(chǎn)甲烷陽(yáng)極微生物群落解析82-85
• 4.5 本章小結(jié)85-87
• 第5章 接種微生物對(duì)MEC系統(tǒng)產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷的影響87-111
• 5.1 引言87
• 5.2 接種微生物來(lái)源及剩余污泥特性87-88
• 5.3 接種微生物強(qiáng)化MEC處理剩余污泥產(chǎn)氫88-99
• 5.3.1 接種微生物對(duì)MEC處理剩余污泥產(chǎn)氫的影響88-92
• 5.3.2 接種微生物對(duì)MEC產(chǎn)氫陽(yáng)極微生物群落結(jié)構(gòu)的影響92-99
• 5.4 接種微生物強(qiáng)化MEC處理剩余污泥產(chǎn)甲烷99-110
• 5.4.1 接種微生物對(duì)MEC處理剩余污泥產(chǎn)甲烷的影響99-103
• 5.4.2 接種微生物對(duì)MEC產(chǎn)甲烷陽(yáng)極微生物群落結(jié)構(gòu)的影響103-110
• 5.5 本章小結(jié)110-111
• 結(jié)論111-114
• 建議和展望112-114
• 參考文獻(xiàn)114-133
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果133-136
• 致謝136-138
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷138

  本文關(guān)鍵詞：MEC用于剩余污泥產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷效能及微生物群落結(jié)構(gòu)解析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：373005