外加酶预处理剩余污泥厌氧发酵产氢研究

论文摘要

随着污水处理设施的普及、处理量的增加、处理标准的提高和处理功能的拓展,污泥的产生量和处理费用也大幅度地增加。污泥中含有丰富的有机质,是一种可利用的资源,在能源短缺的今天实现新生剩余污泥的减量化及资源化的研究成为国际新趋势。一般来说通过物理、化学或生物等预处理方法改变污泥的物化和生化特性,结合后续工艺,可以达到资源化的目的。利用预处理污泥发酵产氢气,就是预处理污泥利用的后续工艺中的一种,其反应条件温和,发酵产物H2是一种燃烧值高、无污染可再生的理想燃料,应用前景良好。目前,基于低能耗、低污染、低成本、更安全的生物技术越来越受重视。相对于物理法、化学法、生物法等污泥处理方法,外加酶水解污泥技术不但可以缩短消化时间,改善污泥消化性能,而且经济高效,易控制。本课题采用向污泥中加外加酶（α-淀粉酶和中性蛋白酶）强化污泥水解的处理方式,考察了单一酶作用时（投加量分别为0、30、60、120、180mg酶/gTS,水解时间分别为4、8、12h）,溶解性化学需氧量与总化学需氧量（SCOD/TCOD）的变化趋势,确定酶最佳投加量。同时还研究了在最佳投加量酶的作用下,污泥中蛋白质和糖类随时间的变化,以及两种酶预处理污泥的后续产氢效果。结果表明：在厌氧条件下,外加酶水解反应在4h内基本完成,α-淀粉酶和中性蛋白酶的最佳投加量均为60mg酶/gTS。此时,淀粉酶预处理污泥中SCOD/TCOD从原污泥的6.36%增加到23.47%,可溶性蛋白质和可溶性糖分别达到原污泥的8.65倍和51.65倍。蛋白酶处理污泥中SCOD/TCOD从原污泥的6.36%增加到19.51%,糖类和蛋白质的浓度分别为原污泥的14.1倍、7.48倍。淀粉酶预处理污泥厌氧发酵产氢效果比蛋白酶预处理污泥好,前者是后者的1.56倍。本文还研究了最佳条件下经外加淀粉酶预处理过的剩余污泥,在接种产氢菌（Enterococcus sp.LG1）和未接种产氢菌两种状况下,污泥厌氧发酵产氢效果,并与相应温度（60℃）热预处理污泥的发酵产氢效果进行对比,同时分析探讨了污泥发酵产氢过程中底物和pH值的变化。结果表明,淀粉酶预处理污泥接种产氢菌（Enterococcus sp.LGl）)后,产氢效果较好,最大产氢率可达13.92mL·g-1,为淀粉酶处理污泥未接种产氢菌的1.875倍,60℃热处理污泥接种产氢菌的2.834倍,60℃热处理污泥未接种产氢菌的3.085倍。在总的发酵产氢过程中,可溶性糖的平均利用率高达62.87%,是污泥厌氧发酵过程中的主要营养物质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 城市剩余污泥概况
• 1.1.1 污泥的产生
• 1.1.2 污泥的理化性质及特点
• 1.1.3 污泥的常规处理与处置
• 1.1.4 我国城市剩余污泥的现状
• 1.2 污泥水解
• 1.2.1 污泥强化水解的主要方法及存在问题
• 1.2.2 酶及作用机理
• 1.2.3 酶水解污泥技术
• 1.3 污泥厌氧发酵产氢
• 1.3.1 厌氧消化理论
• 1.3.2 厌氧发酵生物制氢
• 1.3.3 厌氧发酵产氢影响因素
• 1.3.4 国内污泥厌氧发酵产氢现状及存在的问题
• 第2章 课题研究的背景和意义
• 2.1 课题研究背景
• 2.2 课题研究的目的和意义
• 2.3 课题研究内容
• 第3章 外加酶水解污泥发酵产氢条件优化
• 3.1 引言
• 3.2 酶水解污泥的主要影响因素
• 3.3 试验装置和主要仪器
• 3.3.1 试验装置
• 3.3.2 主要试验仪器
• 3.4 材料与方法
• 3.4.1 试验材料
• 3.4.2 试验方案
• 3.4.3 分析方法
• 3.4.4 产氢率的数据回归
• 3.5 结果分析与讨论
• 3.5.1 酶最佳投加量的确定
• 3.5.2 酶处理污泥最佳时间的确定
• 3.5.3 两种酶处理污泥厌氧发酵产氢效果对比
• 3.6 结论
• 第4章 外加淀粉酶预处理污泥产氢优越性及发酵过程中底物变化趋势研究
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试验装置
• 4.2.2 试验仪器
• 4.2.3 试验材料
• 4.2.4 试验方案
• 4.2.5 分析方法和测定
• 4.2.6 产氢率的数据回归
• 4.3 结果分析与讨论
• 4.3.1 污泥预处理前后性质的变化
• 4.3.2 预污泥厌氧发酵产氢效果
• 4.3.3 预处理污泥发酵产氢过程中底物性质的变化
• 4.4 结论
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录