醇醚糖苷促进剩余污泥厌氧发酵产酸的研究

发布时间：2020-05-30 07:34

【摘要】：随着我国城镇污水处理厂的不断增加,大量的剩余污泥随之产生,若其处理处置不当,会对人类健康和环境安全造成巨大危害。因此,绿色、高效地处理剩余污泥,是实现污泥减量化、稳定化、无害化和资源化的重要途径。剩余污泥中含有丰富的有机质,采用厌氧发酵获得挥发性脂肪酸(VFAs)是实现污泥减量化处理和资源化利用的重要方式。为了提高剩余污泥厌氧发酵产酸的效率,常采用热、超声、微波、酸碱、表面活性剂和生物酶等技术手段,其中添加表面活性剂具有效果显著、适用性好等优点并受到了广泛关注。尤其是生物表面活性剂具有生物可降解性、对环境友好、无毒等特点,近年来成为剩余污泥厌氧发酵产酸相关领域的研究热点。本文研究了一种新型绿色表面活性剂醇醚糖苷(AEG)对剩余污泥厌氧发酵产酸的促进作用,并探讨了其作用机制,主要取得了以下的研究成果及结论:(1)确定了 AEG促进剩余污泥厌氧发酵产酸的性能。通过对AEG投加量、发酵温度和初始pH等三个关键因素的优化,研究了 AEG促进剩余污泥厌氧发酵产酸的效果。当AEG的投加量为0.4 g/g TSS、发酵温度为35℃和初始pH=10时,仅发酵3天,VFAs的浓度可达到3302.87±45.8mgCOD/L,是空白组(未添加AEG)的8.55倍,且组分以乙酸和丙酸为主。(2)采用热碱预处理强化了 AEG促进剩余污泥发酵产酸的效果。热碱预处理可促进剩余污泥中固体颗粒有机物的溶出,使得溶解性蛋白质和碳水化合物明显增加,有利于剩余污泥后续的厌氧发酵产酸。剩余污泥在T=70℃,pH=8和t=1 h的条件下经热碱预处理完后,按投加量为0.4 g AEG/g TSS加入AEG,在35℃温度下进行厌氧发酵,3天后VFAs浓度为3480.67 ±55.8 mg COD/L,其主要成分为乙酸。与未经热碱预处理相比,VFAs的产量提高了 613.96 mg COD/L,显著提高了剩余污泥的产酸效果。(3)探讨了 AEG促进剩余污泥厌氧发酵产酸的作用机制。基于厌氧发酵三阶段理论,分析了 AEG在不同的发酵阶段所起的促进作用。在水解阶段,AEG使反应器中的牛血清白蛋白和葡聚糖的降解率明显提高,蛋白酶和α-葡萄糖苷酶活性分别是空白组的1.96倍和2.25倍,Zeta电位数值从21.4±0.5 mV降为11.15±0.5 mV,表明AEG的存在促进了发酵液中溶解性有机物的水解,使水解效率大大提高。在酸化阶段,AEG使反应器中的L-丙氨酸和葡萄糖的降解率显著提高,说明AEG能通过增强微生物对小分子有机物(如氨基酸和单糖)的直接利用来提高VFAs的产量。在产甲烷阶段,由于AEG的存在使得乙酸钠的降解速度变慢,说明AEG对剩余污泥中产甲烷菌的活性具有抑制作用。可见,AEG能够促进发酵液中溶解态大分子有机物(如蛋白质和碳水化合物)的水解以及小分子有机物(如氨基酸和单糖)的酸化降解,并抑制产甲烷菌的活性,从而使VFAs得到大量积累。采用三维荧光光谱定性分析了溶解性有机物组分的变化,阐明了发酵过程中AEG对剩余污泥中有机质的增溶作用。添加AEG后,发酵液中溶解性有机物(尤其是类蛋白质和类腐殖酸物质)的荧光强度大幅增强,表明在厌氧发酵过程中AEG促进了剩余污泥中有机质的溶出,有利于后续的厌氧发酵产酸过程。基于高通量焦磷酸测序分析,揭示了 AEG对发酵过程中微生物群落结构变化影响。添加AEG后,与碳水化合物和乳酸水解发酵产生乙酸、丙酸和丁酸有关的Megasphaera菌和Clostridium菌所占比例均显著提高,而发酵过程中VFAs主要的消耗者——Proteobacteria所占比例则明显下降,表明在剩余污泥厌氧发酵过程中,AEG的加入可显著提升产酸菌的活性并抑制了产甲烷菌的活性。
【图文】：

现配）混合均勾并静置１０邋ｍｉｎ，再加入０．５邋ｍＬ试剂乙（Ｆｏｌｉｎ试剂）立即混合均逡逑勾。放置３０邋ｍｉｎ后，用紫外－可见分光光度计于波长５００邋ｎｍ下测定溶液的吸光逡逑度值并计算蛋白质的浓度绘制标准曲线如图２－２。剩余污泥发酵液中的蛋白质的逡逑浓度以ｍｇ邋ＣＯＤ／Ｌ计，其ＣＯＤ当量为１．５［５９］。逡逑０．３５邋逦逡逑ｙ邋０．００１１８Ｘ＋０．００３８８逡逑０邋３０邋＂逦Ｒ：＝０．９９９２逡逑0．２５邋－逡逑｜邋０．２０邋－逡逑１０．１５邋－逡逑０．１０邋－逡逑０．０５邋－逡逑０．００邋邋邋逦＇——■——１逦■逦＇邋？逦＇逦＇逦１——逡逑０逦５０逦１００逦１５０逦２００逦２５０逡逑Ｐｒｏｔｅｉｎ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋（｜ｉｇ）逡逑图２－２牛血清白蛋白溶液标准曲线逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ＢＳＡ逡逑２．２，５溶解性碳水化合物的测定逡逑溶解性碳水化合物的测定采用蒽酮比色法［６Ｑ］。取适量经离心过膜后的上清液逡逑于１０ｍＬ比色管中，稀释至１邋ｍＬ后加入４邋ｍＬ惠酮试剂，迅速浸于冰水浴中冷逡逑却，管口加盖，混合均匀并于沸水浴中准确煮沸１０邋ｍｉｎ，然后冰水浴冷却至室温。逡逑用紫外－可见分光光度计于波长６２０邋ｒｎｎ下测定溶液的吸光度值并计算碳水化合逡逑物的浓度绘制标准曲线如图２－３。剩余污泥发酵液中的碳水化合物的浓度以ｍｇ逡逑ＣＯＤ／Ｌ邋计

现配）混合均勾并静置１０邋ｍｉｎ，再加入０．５邋ｍＬ试剂乙（Ｆｏｌｉｎ试剂）立即混合均逡逑勾。放置３０邋ｍｉｎ后，，用紫外－可见分光光度计于波长５００邋ｎｍ下测定溶液的吸光逡逑度值并计算蛋白质的浓度绘制标准曲线如图２－２。剩余污泥发酵液中的蛋白质的逡逑浓度以ｍｇ邋ＣＯＤ／Ｌ计，其ＣＯＤ当量为１．５［５９］。逡逑０．３５邋逦逡逑ｙ邋０．００１１８Ｘ＋０．００３８８逡逑０邋３０邋＂逦Ｒ：＝０．９９９２逡逑0．２５邋－逡逑｜邋０．２０邋－逡逑１０．１５邋－逡逑０．１０邋－逡逑０．０５邋－逡逑０．００邋邋邋逦＇——■——１逦■逦＇邋？逦＇逦＇逦１——逡逑０逦５０逦１００逦１５０逦２００逦２５０逡逑Ｐｒｏｔｅｉｎ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋（｜ｉｇ）逡逑图２－２牛血清白蛋白溶液标准曲线逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ＢＳＡ逡逑２．２，５溶解性碳水化合物的测定逡逑溶解性碳水化合物的测定采用蒽酮比色法［６Ｑ］。取适量经离心过膜后的上清液逡逑于１０ｍＬ比色管中，稀释至１邋ｍＬ后加入４邋ｍＬ惠酮试剂，迅速浸于冰水浴中冷逡逑却，管口加盖，混合均匀并于沸水浴中准确煮沸１０邋ｍｉｎ，然后冰水浴冷却至室温。逡逑用紫外－可见分光光度计于波长６２０邋ｒｎｎ下测定溶液的吸光度值并计算碳水化合逡逑物的浓度绘制标准曲线如图２－３。剩余污泥发酵液中的碳水化合物的浓度以ｍｇ逡逑ＣＯＤ／Ｌ邋计
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】

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本文编号：2687804