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文檔簡介
1、城市污水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥數(shù)量非常巨大,若未經(jīng)妥善處理會帶來嚴重的環(huán)境問題。剩余污泥主要成分是細菌等微生物,含有大量糖、蛋白質(zhì)和脂肪等有機質(zhì),是一種可利用的資源。氫氣是一種高熱值、無污染的理想燃料,同時具有來源廣泛的優(yōu)點,可通過經(jīng)濟而環(huán)境友好的生物法制取。目前已有許多研究采用各種有機廢水和廢棄物進行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫,在降解有機物污染的同時獲取能源。氫氣是厭氧發(fā)酵過程中的一種重要中間產(chǎn)物,通常在產(chǎn)生后很快便被產(chǎn)甲烷菌等消耗。污泥中多數(shù)有
2、機物都存在于微生物細胞中,微生物的細胞壁限制了污泥有機物的溢出,使有機物不能被產(chǎn)氫菌利用。因此發(fā)酵產(chǎn)氫中的接種污泥需要經(jīng)過一定的預處理,以殺死消耗氫氣的產(chǎn)甲烷菌并破解細胞壁、釋放出更多的有機物質(zhì),從而獲得更好的產(chǎn)氫效果?;谖⑸镫[性生長的生物嗜熱酶水解(Solubilization by Thermophilic Enzyme,S-TE)技術(shù),相對傳統(tǒng)的物理、化學預處理方法更經(jīng)濟高效、安全,而且能耗低、易于運行控制,結(jié)合后續(xù)工藝不僅可
3、以實現(xiàn)污泥的“零排放”,還可同時增加生物氣產(chǎn)量,應用前景良好。本論文在國內(nèi)外污泥發(fā)酵產(chǎn)氫最新研究成果基礎(chǔ)上,對S-TE預處理進行了較為系統(tǒng)的研究。
以海水養(yǎng)殖場有機廢棄物為底物,比較了經(jīng)過嗜熱酶(S-TE)、酸、堿、滅菌、微波不同預處理的污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫能力的不同。結(jié)果顯示,滅菌預處理污泥產(chǎn)氫效果最好,產(chǎn)氫率為22.0 mL/g VSS,酸處理的效果最差,產(chǎn)氫率為7.6 mL/gVSS。對發(fā)酵過程底物的變化(SCOD、可溶
4、性蛋白質(zhì)、可溶性糖、pH、揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)和乙醇)進行分析,得出以下結(jié)論:可溶性糖為發(fā)酵產(chǎn)氫主要的營養(yǎng)來源,在其大量消耗之后,氫氣不再產(chǎn)生。發(fā)酵過程中產(chǎn)生的VFAs主要成分是乙酸,在發(fā)酵后期出現(xiàn)乙醇,表示發(fā)酵出現(xiàn)溶劑化現(xiàn)象。接種S-TE預處理污泥的底物能更多地釋放營養(yǎng)物質(zhì),并在整個發(fā)酵過程中保持較穩(wěn)定的pH值。
研究了不同S-TE預處理條件對污泥發(fā)酵產(chǎn)氫的影響。結(jié)果表明,污泥經(jīng)65℃處理8 h熱處理產(chǎn)氫效果最好,產(chǎn)
5、氫率達到了30.8 mL/g VSS,延長處理時間會使污泥的氫產(chǎn)率在一定程度上降低。當S-TE處理污泥的起始pH值為6.0時,污泥的產(chǎn)氫率為33.8 mL/g VSS,升高或降低污泥的起始pH值,都會使污泥的產(chǎn)氫率降低。當污泥VSS濃度為11.23 g/L時,單位體積污泥產(chǎn)氫量最大,達到50.8 mL/L。
為更好地發(fā)揮S-TE預處理污泥發(fā)酵產(chǎn)氫優(yōu)勢,以S-TE預處理污泥為發(fā)酵底物,針對pH、C/N、C/P、Fe2+進行4
6、因素9水平均勻設計實驗,得出發(fā)酵條件與S-TE預處理污泥產(chǎn)氫率之間的回歸方程,方程的因變量與全體自變量之間的回歸效果顯著,可用作對試驗分析及預測。研究結(jié)果說明初始pH、C/N、C/P、Fe2+濃度這4種因素對于產(chǎn)氫結(jié)果存在交互影響,而非各自獨立地作用于產(chǎn)氫過程。根據(jù)回歸方程計算可知,pH取6.4,C/N取38,C/P取265,F(xiàn)e2+取85 mg/L時,產(chǎn)氫率值最大,產(chǎn)氫效果最好,達到68.4 mL/g VSS。初始pH值對于發(fā)酵產(chǎn)氫過
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