产酸菌对高温热水解污泥厌氧消化的影响

发布时间：2020-05-08 05:22

【摘要】：随着活性污泥技术在污水处理领域发展的同时导致副产物—剩余污泥大量的产生。剩余污泥含有大量的有机污染物、病原体等有毒有害物质,若是剩余污泥得不到有效地处置会对生态环境造成潜在危害,剩余污泥的减量化和资源化问题已成为城市建设进程中的最紧迫的问题。高温热水解厌氧消化技术由于具有处理速率高,消化周期短、能源回收等优点已成为剩余污泥的主要处理技术,但由于高温厌氧消化系统中缺乏耐高温厌氧环境的有效微生物以及热水解后污泥中含有复杂的有毒物质。因此,需要通过筛选及接种嗜热菌以提高剩余污泥在厌氧消化系统中的降解效率。产酸菌在剩余污泥中大量存在且生长速率快,适应的温度范围广,能够在高温环境下存活;另一方面,在污泥厌氧消化过程中,产酸菌能够将非溶解性的有机物质分解并转化为简单的溶解性物质,这些转化后的溶解性物质能够为产甲烷菌生长繁殖提供营养物质;产酸菌通过自身活动能够消除厌氧消化初期所带入的溶解氧,并且能够裂解苯环、重金属等对产甲烷菌有害的物质。因此,筛选分离能高效处理污泥的产酸菌是高温热水解厌氧消化技术成功的关键。本研究从污水处理厂的剩余污泥中筛选出三株产酸菌,并且提取了菌株的DNA进行了基于16S rRNA扩增及测序,通过系统发育分析确定了其生物学地位。而且,将筛选出的产酸菌株加入到高温厌氧消化反应器进行消化性能测试并选出优势产酸菌进行优化实验,为构建基于利用产酸菌处理高温热水解污泥技术提供基础依据。研究表明筛选出的三株产酸菌(编号:AFB-1、AFB-2、AFB-3)均能在高温厌氧消化反应器中生长,借助分子生物学手段进行鉴定得出三株产酸菌分别为凝结芽孢杆菌属和大肠杆菌属。命名为Bacillus coagulans AFB-1,Bacillus coagulans AFB-2,Escherichia coli AFB-3。测序结果已提交至Genebank(登录号:KY170856、KY170857、KY170858)。厌氧消化实验表明添加凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans AFB-1)能获得最佳的VS去除率42.7%和TCOD去除率44.7%。探究污泥厌氧消化增溶度实验发现添加凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans AFB-1)、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans AFB-2)和大肠杆菌(Escherichia coli AFB-3)的污泥溶解率(SR)分别达到20.8±2.2%,17.7±1.48%和11.1±1.53%。利用气相色谱仪对污泥的挥发性脂肪酸(VFAs)的浓度和成分进行了探讨,结果表明,VFAs浓度比对照组分别提高了98.5%、53.0%和11.6%。生化甲烷潜力(BMP)实验表明通过接种凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans AFB-1和Bacillus coagulans AFB-2),沼气产量增加了90.7%和75.3%,然而添加大肠杆菌(Escherichia coli AFB-3)的沼气产量并没有增加。探究优势菌种凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans AFB-1)在接种量为10%、20%、30%和40%的厌氧消化处理效果以及微生物生长情况,研究结果发现凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans AFB-1)在接种量为30%时,生物量、VS、TCOD去除率均达到最佳。以上结果说明产酸菌能够在高温厌氧环境下生长,且能够高效处理高温热水解污泥。特别是接种30%凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans AFB-1)时,生物量、污染物去除率和厌氧消化性能均达到最佳。
【图文】：

污水处理厂的推广在很大程度上缓解了水污染。其中活性率、运用成熟等特点已成为目前世界上应用最为普遍的一该技术与常规膜处理工艺相比，活性污泥处理技术的运用更单元能处理大于其体积 10 倍的污水[1]。然而，随着污水发展，其副产物—剩余污泥大量产生与处理的问题也日益由曝气池中微生物体自身生长繁殖所产生，并且从污水处污泥浓缩池排出。剩余污泥是具有土腥味的黄褐色絮状体上[2]。因为剩余污泥在污水处理工艺中不需要返回曝气池中大量剩余污泥需要外排处理。据统计，中国在 2012 年剩00 万吨，至 2015 年，其值增加到 3400 万吨[3]。据有关数水率以 80%计，预计到 2020 年将达到 6000 万～9000 万吨防治行动计划》出台并提出进一步推进城市污泥处理处置所未有的重视。因此，关于如何经济安全地处理剩余污泥待解决的问题。

1.2.4 高温热水解污泥厌氧消化技术剩余污泥厌氧消化作为一种剩余污泥稳定化处理技术，具有改善污泥性能耗低和可回收污泥生物质能的特点，已逐渐成为剩余污泥资源化利用的主要术之一。但由于剩余污泥中含有难溶解的有机物，使得污泥水解成为限制厌氧化效率的重要瓶颈。污泥强化预处理可有效提高污泥细胞壁的破坏，溶出胞内机物，最大化回收剩余污泥中的有机能源[35]。在此基础上，，许多研究尝试从氧消化第一阶段水解过程提高反应速率，因而，高温热水解污泥厌氧消化技术运而生。高温热水解污泥厌氧消化技术是热水解预处理与厌氧消化处理技术的结指在一定的温度和压力下，对剩余污泥进行热水解处理，使剩余污泥中的胞外合物及大分子有机物发生水解成为小分子物质，再经热量回收通过高温厌氧消池内微生物菌群厌氧分解，使剩余污泥中有机物快速分解生产沼气，剩余污泥脱水干化处理利用，实现污泥的快速消化减量及资源化利用的工艺技术，其工流程见图 1.3。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;X172

【参考文献】

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本文编号：2654194