市政污泥多级逆流厌氧发酵产酸技术研究

论文摘要

本文采用一种新型的厌氧发酵工艺——多级逆流发酵工艺对城市污泥进行厌氧发酵,实现高效产挥发性脂肪酸的目的,并通过优化工艺参数,进一步提高工艺的产酸效果,同时利用分子生物学手段对工艺体系中的微生物菌群结构进行了分析,全文的主要研究内容如下:(1)城市污泥采用多级逆流工艺厌氧发酵能很好的促进挥发性脂肪酸的生成,实验条件下,挥发性脂肪酸浓度与产率分别达到10.5±0.5 g/L和0.20 gVFA/gVSfed,与城市污泥普通厌氧发酵工艺相比,分别提高了31%和54%。多级逆流工艺可提高底物的降解率,其底物降解率可达50%,较城市污泥普通厌氧发酵提高了37%。研究结果还表明,多级逆流工艺促进产酸的机制在于降低了发酵产物对厌氧产酸细菌的抑制效应,工艺的VFA产率以及底物降解程度的高低分别取决于第一级和第三级厌氧发酵过程;(2)在可稳定运行的多级逆流工艺的基础上,考察不同底物浓度对工艺产酸的影响。结果表明,当底物浓度为VS= 100 g/L时,工艺产酸效果和底物降解效果最佳,此时工艺体系中有机酸浓度能维持在20 g/L,有机酸产率达到0.20gVFA/gVSfed,有机酸转化率达到0.47 gVFAs/gVSdigest,且此时体系中游离态有机酸的浓度较低,产物抑制效应较小;(3)在确定最佳底物浓度的基础上,进一步考察污泥停留时间(SRT)对多级逆流工艺产酸及底物去除效果的影响。研究结果表明,较长或较短的污泥停留时间均不利于工艺的产酸,而当SRT=9 d时,工艺的产酸效果及底物去除效果最佳;(4)在得到较好工艺参数的基础上,利用荧光原位杂交(Fluorescence In Situ Hybridization ,FISH)技术考察多级逆流工艺与普通工艺厌氧发酵城市污泥体系中微生物菌群结构,通过对两工艺体系中的产酸细菌进行生态学分析,进一步说明多级逆流工艺促进城市污泥厌氧发酵产酸的机制,为后续工艺的进一步优化打下基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 我国市政污泥的污染现状及危害
• 1.1.2 市政污泥的处理处置现状
• 1.1.3 市政污泥资源化利用存在的问题
• 1.2 市政污泥资源化利用的新策略——市政污泥厌氧发酵产酸
• 1.2.1 厌氧发酵产酸的原理
• 1.2.2 厌氧发酵产酸的影响因素
• 1.3 厌氧产酸研究中存在的问题以及本论文的研究内容、目的与意义
• 1.3.1 课题背景和研究意义
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 市政污泥多级逆流厌氧发酵产酸工艺的构建
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 发酵污泥来源及其特性
• 2.2.2 接种污泥的驯化
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.4 分析测定方法
• 2.2.5 各指标计算方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 污泥多级逆流厌氧发酵工艺与普通工艺厌氧发酵产酸效果比较
• 2.3.2 有机酸分布比较
• 2.3.3 VFA 产率以及底物转化率
• 2.3.4 多级逆流厌氧发酵工艺对城市污泥发酵产物抑制效应的消除
• 2.3.5 多级逆流厌氧发酵工艺分级产酸效果
• 2.4 本章小结
• 第三章 底物浓度对多级逆流工艺厌氧发酵市政污泥产酸的影响
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 发酵污泥来源及其特性
• 3.2.2 接种污泥的驯化
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.4 分析测定方法
• 3.2.5 各指标计算方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 底物浓度对多级逆流工艺厌氧发酵城市污泥产酸效果影响
• 3.3.2 底物浓度对多级逆流工艺厌氧发酵城市污泥产酸构成比影响
• 3.3.3 底物浓度对多级逆流工艺厌氧发酵城市污泥总有机酸产率与底物转化率的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 污泥停留时间（SRT）对多级逆流工艺厌氧发酵市政污泥产酸的影响
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 发酵污泥来源及其特性
• 4.2.2 接种污泥的驯化
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.4 分析测定方法
• 4.2.5 各指标计算方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 污泥停留时间对多级逆流工艺厌氧发酵城市污泥产酸效果影响
• 4.3.2 污泥停留时间对多级逆流工艺厌氧发酵城市污泥产酸构成比影响
• 4.3.3 污泥停留时间对多级逆流工艺厌氧发酵城市污泥有机酸产率与底物转化率的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 多级逆流工艺产酸体系中产酸细菌生态学分析
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 实验设计
• 5.2.2 FISH 实验主要试剂和仪器
• 5.2.3 样品预处理
• 5.2.4 载玻片的预处理
• 5.2.5 载玻片制备
• 5.2.6 探针的选用
• 5.2.7 荧光原位杂交
• 5.2.8 洗脱杂交液
• 5.2.9 总微生物检测
• 5.2.10 荧光显微镜检测条件
• 5.2.11 镜检和计数
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 有机酸变化规律
• 5.3.2 有机酸构成比变化规律
• 5.3.3 多级逆流工艺与普通工艺发酵城市污泥累积有机酸的微生物学机理分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间取得的学术成果