電刺激強化剩余污泥厭氧消化效能的研究.pdf

1、傳統(tǒng)的污泥厭氧消化技術(shù)存在污泥生物可降解性能低、設(shè)施占地大、停留時間長、產(chǎn)氣率及產(chǎn)氣量較低等缺點。本課題組在前期預(yù)實驗中發(fā)現(xiàn)，在剩余污泥厭氧消化過程中施加低強度的直流電壓，能夠明顯提高厭氧消化甲烷產(chǎn)量及揮發(fā)性固體有機物（VS）去除率。本論文基于以上研究背景，以城市污水處理廠剩余污泥為對象，在污泥厭氧消化過程中施加不同強度的直流電壓，考察電場對剩余污泥厭氧消化效果的影響并篩選出最佳刺激電壓，同時對電刺激提高污泥厭氧消化效果的機理進行了分析

2、。其次在最佳刺激電壓下，考察污泥初始濃度和初始pH值對剩余污泥厭氧消化效果的影響，并對消化過程中上清液各組分變化情況及微生物種屬演化規(guī)律進行了比較分析。
　　主要得出以下研究結(jié)果：
　?。?）在剩余污泥厭氧消化過程中施加不同強度直流電場（0 V，0.3 V，0.6 V，0.9 V，1.2 V，1.5 V），結(jié)果表明除0.9 V電壓外，其他強度的直流電壓均能提高剩余污泥厭氧消化甲烷產(chǎn)率及VS去除率。0.6 V電壓下刺激效果最好

3、，在該電壓下，甲烷產(chǎn)率和VS去除率比對照組分別提高了76.2%和26.6%。當直流電壓小于0.6 V時，電場對微生物新陳代謝有促進作用，能夠提高剩余污泥厭氧消化效能；當電壓為0.9 V時，電場對微生物新陳代謝有抑制作用，厭氧消化產(chǎn)氣效果不理想；當電壓為1.2 V和1.5 V時，水電解形成微好氧環(huán)境，促進污泥水解酸化，提高后續(xù)污泥厭氧消化甲烷產(chǎn)量。通過分析消化過程中SCOD、蛋白質(zhì)、碳水化合物和揮發(fā)性脂肪酸（TVFAs）濃度變化情況，發(fā)現(xiàn)

4、各電壓強度均能不同程度地提高剩余污泥的水解和酸化速率。
　　（2）電壓對于厭氧消化過程中微生物種群結(jié)構(gòu)變化有明顯影響。0.9 V電壓作用下微生物多樣性降低，種群結(jié)構(gòu)趨于簡單，其余電壓均能明顯提高微生物多樣性及種群豐度。在細菌種屬水平上，0.3 V電壓下不動桿菌屬（Acinetobacter）為系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌，其所占比例明顯高于其他組；0.6 V電壓下假單胞菌屬（Pseudomonas）占優(yōu)勢，其豐富度比其他組高。在古菌水平上，當施

5、加電壓小于0.6 V時，乙酸發(fā)酵型產(chǎn)甲烷菌是甲烷菌中的優(yōu)勢菌；而當電壓高于0.6 V時，嗜氫產(chǎn)甲烷菌則占優(yōu)勢。
　?。?）在最佳刺激電壓（0.6 V）作用下，污泥初始濃度（15 g/L，25 g/L，35 g/L，45 g/L）對厭氧消化效果有明顯影響。當污泥濃度為35 g/L時，甲烷產(chǎn)率為139.4 mLCH4/g-VS，VS去除率為46.7%，厭氧消化效果最好。而相同消化時間內(nèi)，當污泥濃度為45 g/L時，TVFAs積累嚴重，

6、較高的TVFAs和氨氮濃度抑制了產(chǎn)甲烷菌活性，其甲烷產(chǎn)率僅為16 mLCH4/g-VS，產(chǎn)氣基本停滯。污泥初始濃度對消化過程中SCOD濃度、TVFAs濃度、氨氮濃度和pH值的變化有明顯影響。改變污泥初始濃度對厭氧消化過程中細菌種群結(jié)構(gòu)的變化有明顯影響，對產(chǎn)甲烷菌的結(jié)構(gòu)的影響不明顯。當污泥的初始濃度為45 g/L時，水解和酸化細菌種類比其他組豐富，導(dǎo)致消化前期水解酸化速率高，有機酸大量積累，不利于后續(xù)產(chǎn)甲烷。四個反應(yīng)器中的優(yōu)勢產(chǎn)甲烷菌均為

7、甲烷鬃毛菌屬，且各組之間甲烷鬃毛菌屬的豐富度差異不顯著。
　?。?）在最佳刺激電壓（0.6 V）下，污泥初始pH（3，5，7，9，11）對厭氧消化效果有明顯影響。不調(diào)節(jié)pH時，VS去除率為32.21%，甲烷產(chǎn)率為162 mLCH4/g-VS；而相同消化時間內(nèi)，調(diào)節(jié)污泥初始pH值為9時，甲烷產(chǎn)率高達224 mLCH4/g-VS，同時VS去除率高達38.07%，厭氧消化效果最好。調(diào)節(jié)污泥初始pH值為11時，TVFAs積累嚴重，且氨氮濃