剩余污泥堿性發(fā)酵影響因素和過程強(qiáng)化研究.pdf

1、污泥資源化利用是目前污泥處理處置研究的熱點(diǎn)。污泥堿性厭氧發(fā)酵是一種將堿性處理和污泥厭氧消化相結(jié)合的污泥資源化方式，能將污泥中的細(xì)胞有機(jī)體轉(zhuǎn)化為可供微生物利用的小分子有機(jī)酸類物質(zhì)，可以作為碳源缺乏的污水處理廠經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的補(bǔ)充碳源，但發(fā)酵液中同時(shí)含有大量的氨磷副產(chǎn)物，如何去除氨磷的影響并有效提取污泥中的內(nèi)碳源，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中具有重要意義。
　　本研究采用了半連續(xù)流和靜態(tài)兩種運(yùn)行模式相結(jié)合的方式，對(duì)影響剩余活性污泥堿性厭氧發(fā)酵的因素進(jìn)行

2、了詳細(xì)探究，優(yōu)化了污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)酸工藝的運(yùn)行條件，并從污泥形態(tài)和微生物種群結(jié)構(gòu)等微觀角度揭示了發(fā)酵產(chǎn)酸的過程，為工藝優(yōu)化提供了詳實(shí)的理論依據(jù)?；趯?duì)發(fā)酵過程的研究，提出了三種強(qiáng)化污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的方法，氨吹脫，發(fā)酵種泥投加及發(fā)酵底物投加法進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)酸的強(qiáng)化試驗(yàn)。此外還采用混凝沉淀法和氨磷回收法，促進(jìn)了發(fā)酵液中碳源的分離，改善了發(fā)酵后污泥的脫水性能。
　　通過研究溫度(15℃?55℃)對(duì)污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)酸的影響發(fā)現(xiàn)：溫度越高污泥水解的程度

3、越高，55℃時(shí)發(fā)酵液中SCOD的含量最大，而此時(shí)VFAs的含量卻低于25℃和35℃。通過對(duì)細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物在發(fā)酵過程中轉(zhuǎn)移路徑的研究發(fā)現(xiàn)：細(xì)胞中的有機(jī)物先從內(nèi)球?qū)愚D(zhuǎn)移到粘液層，然后被水解酸化轉(zhuǎn)化為VFAs，55℃時(shí)粘液層中的有機(jī)物酸化受到了抑制，所以VFAs產(chǎn)量較低。從微生物的角度而言，25℃和35℃條件下微生物種群的數(shù)量及多樣性的豐富度要高于15℃和55℃系統(tǒng)，也進(jìn)一步說明25℃?35℃是污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的較優(yōu)溫度條件，而且發(fā)酵后污泥的脫水性

4、能較好。此外在溫度發(fā)酵系統(tǒng)中Clodtridium和Bacillus菌是堿性厭氧污泥發(fā)酵系統(tǒng)中主要的產(chǎn)酸菌。
　　通過水力停留時(shí)間和堿種類對(duì)污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)酸影響的研究發(fā)現(xiàn)：NaOH對(duì)于水解酸化的作用力度要強(qiáng)于Ca(OH)2，釋放得到較高的有機(jī)物，包含蛋白質(zhì)和碳水化合物，同時(shí)氨磷副產(chǎn)物的量也較大。但從投堿成本及VFAs產(chǎn)值計(jì)算，Ca(OH)2體系的經(jīng)濟(jì)價(jià)值要高于相同HRT條件下的NaOH堿性污泥發(fā)酵產(chǎn)酸系統(tǒng)，尤其是在HRT較長的條件

5、下，因此Ca(OH)2是更好的堿調(diào)節(jié)試劑。在Ca(OH)2系統(tǒng)中，經(jīng)Ca2+含量，污泥官能團(tuán)變化，溶液Zeta電位，以及污泥沉降性能等的分析得到，發(fā)酵液中大量的蛋白質(zhì)和PO43-與Ca2+發(fā)生了沉淀作用，這是導(dǎo)致Ca(OH)2作用力度弱于NaOH體系和Ca(OH)2體系發(fā)酵污泥的脫水性能較好的主要原因。在VFAs的組成中，兩種堿試劑調(diào)節(jié)下，乙酸和丙酸均占VFAs產(chǎn)量的較大比例，可以作為脫氮除磷系統(tǒng)較優(yōu)的補(bǔ)充碳源。利用微生物種群分析得到在

6、兩種堿發(fā)酵系統(tǒng)中Firmicutes, Proteobacteria和Actinobacteria均是優(yōu)勢菌屬，并且在NaOH體系所占的含量較高，所以NaOH體系中的產(chǎn)酸效能高于Ca(OH)2體系。
　　通過采用氨吹脫作用，投加發(fā)酵種泥和增加發(fā)酵底物三方面來強(qiáng)化污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的試驗(yàn)，得到NaOH和氨吹脫的組合條件污泥水解酸化程度最好。氨的吹脫能顯著降低溶液中NH4+含量，進(jìn)而解除對(duì)產(chǎn)酸菌的抑制，使得溶出的碳水化合物被產(chǎn)酸菌大量利用，

7、提高了VFAs的產(chǎn)量。但氨吹脫作用對(duì)溶解性蛋白質(zhì)水解酸化的影響不大。投加滅菌發(fā)酵污泥的系統(tǒng)和投加未滅菌發(fā)酵污泥的體系都能加強(qiáng)污泥水解酸化的程度，對(duì)水解的強(qiáng)化作用尤為顯著。中溫條件下投加滅菌處理后發(fā)酵污泥既能快速將污泥水解酸化又能使VFAs穩(wěn)定的積累，與投加未滅菌發(fā)酵污泥方法相比，能更好的促進(jìn)污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)酸。
　　污泥發(fā)酵混合液中投加金屬鹽類混凝劑和CPAM的混凝沉淀改善脫水性能的研究表明：從成本和效果上而言，Ca(OH)2體系中

8、混凝試劑的較優(yōu)方案為CPAM投量為0.6g:100gTS，有機(jī)物回收率高于90％，污泥CST小于50s，SV小于60%;NaOH體系中的較優(yōu)方案為FeCl3投量25g:100gTS組合CPAM投量0.9g:100gTS，有機(jī)物回收率75%，CST為58.9s和SV為56%，但兩種堿試劑體系調(diào)節(jié)發(fā)酵液中均含有較高濃度的氨氮，需要進(jìn)一步吹脫去除。鑒于NaOH體系發(fā)酵污泥混凝前就同時(shí)含有較高濃度的氨磷，因此可以先采用鳥糞石沉淀的方法進(jìn)行氨磷的