剩余污泥强化水解及水解液资源化利用技术研究

论文摘要

挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acid,简称VFAs),是污泥厌氧水解过程中的主要产物。作为一种小分子的有机酸,VFAs是一种极易被微生物优先利用的碳源,所以常常被用作低C/N比下污水处理的外加碳源,或用作聚羟基烷酸酯(Polyhydroxyalkanoates,简称PHA)的合成底料。本课题的研究围绕污泥内碳源的开发和以污泥厌氧水解液为底物进行PHA的合成展开,将污水处理厂的剩余污泥经过超声预处理后进行厌氧水解,探索最佳的预处理和厌氧水解条件,而后对厌氧水解后的污泥进行了氮磷去除和沉降性的强化,最后利用厌氧水解液进行了PHA合成的试验探索。研究通过正交试验考察了污泥含水率、超声预处理时间、声能密度、水解时间、脉冲比例和pH值六个因素不同试验水平下污泥的酸化率、蛋白溶出率和多糖溶出率的变化趋势。通过对正交试验的结果分析可知,污泥含水率、声能密度和脉冲比例是对污泥酸化率影响较大的三个因素,而超声预处理时间、水解时间和pH值对污泥酸化率的影响较小。通过正交试验确定了三个次要因素的最优值,并对污泥含水率、声能密度和脉冲比例进行了单因素分析。在确定了最优的工艺条件之后,通过水解过程中胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,简称EPS)的变化对污泥的水解过程进行了分析。分析结果表明,超声预处理和水解开始后的36h内,主要是污泥絮凝体的解体和EPS的溶解,水解36h后,微生物开始出现大量的溶胞现象。水解48h时,酸化率达到最高值64.61%,而后所有下降。研究还对比了超声预处理后污泥的水解效果和加酶(溶菌酶)强化处理后污泥的水解效果,结果表明超声预处理后污泥的酸化效果优于加酶强化后污泥的酸化效果。针对污泥厌氧水解后沉降性不佳且含有高浓度的氨氮和正磷酸盐的情况,研究者对厌氧水解后的污泥进行了后续处理。确立了生成磷酸铵镁沉淀(MgNH4PO4·6H2O,也称鸟粪石)和吹脱相结合的氮磷去除方案。通过向水解后的污泥中投加新鲜的活性污泥以提高水解后泥水的分离,结果表明,新鲜活性污泥的投加能够增强水解后污泥的沉降性。经过预处理的水解液用于PHA的合成试验,研究探讨了氨氮和不同pH值对混合菌群PHA合成效果的影响。研究发现,氨氮并不会对PHA的合成产生明显的抑制作用,且氨氮的存在在一定程度上促进了PHA的合成。该结果表明,剩余污泥水解液不需要经过特殊的预处理就可以用于混合菌PHA的合成。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源、研究目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 剩余污泥性质及处理现状
• 1.2.2 污泥破解的研究现状
• 1.2.3 污泥产酸条件的研究
• 1.2.4 水解液氮磷去除
• 1.2.5 水解液的利用
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 污泥来源与性质
• 2.1.2 试验装置
• 2.1.3 设备与试剂
• 2.2 检测与分析方法
• 2.2.1 指标计算方法
• 2.2.2 挥发酸的检测
• 2.2.3 多糖的检测
• 2.2.4 蛋白质的检测
• 2.2.5 EPS 的检测
• 2.2.6 PHA 的检测
• 2.2.7 扫描电镜预处理方法
• 2.2.8 其他常规指标的检测
• 第3章 超声强化污泥水解及其过程研究
• 3.1 超声促进水解的正交试验分析
• 3.1.1 正交试验目的及试验条件
• 3.1.2 各因素对酸化率的影响
• 3.1.3 各因素对蛋白溶出率的影响
• 3.1.4 各因素对多糖溶出率的影响
• 3.2 单因素分析试验
• 3.2.1 单因素分析试验目的及试验条件
• 3.2.2 污泥含水率对物质溶出率的影响
• 3.2.3 声能密度对物质溶出率的影响
• 3.2.4 脉冲比例对物质溶出率的影响
• 3.3 超声强化水解过程分析
• 3.3.1 水解过程分析试验目的及试验条件
• 3.3.2 水解过程中污泥中EPS 的变化趋势
• 3.3.3 水解过程中上清液中的物质变化趋势
• 3.3.4 水解过程中MLSS 和MLVSS 的变化趋势
• 3.4 超声强化水解与加酶强化水解的对比
• 3.4.1 对比试验目的及试验条件
• 3.4.2 对比SCOD 随时间的变化趋势
• 3.4.3 对比蛋白溶出率随时间的变化趋势
• 3.4.4 对比多糖溶出率随时间的变化趋势
• 3.4.5 对比试验中酸化率随时间的变化趋势
• 3.5 本章小结
• 第4章 水解液氮磷去除与沉降性研究
• 4.1 水解液氮磷去除
• 4.1.1 单独采用沉淀法脱氮除磷
• 4.1.2 单独采用吹脱法脱氮
• 4.1.3 沉淀法与吹脱法耦合沉淀除磷
• 4.2 沉降性试验
• 4.2.1 沉降性试验目的及试验条件
• 4.2.2 混合比对水解污泥沉降性的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 污泥水解液用于PHA 合成的可行性研究
• 5.1 PHA 合成污泥来源
• 5.2 氨氮对PHA 合成的影响
• 5.2.1 试验目的及试验条件
• 5.2.2 不限氮条件下PHA 的积累
• 5.2.3 限N 条件下PHA 的积累
• 5.2.4 不限N 与限N 之间的对比
• 5.3 pH 对PHA 合成的影响
• 5.3.1 试验目的及试验条件
• 5.3.2 不同pH 下底物消耗与PHA 合成的一致
• 5.3.3 不同pH 下PHA 积累效率的对比
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢