叶绿素铁钠盐类芬顿体系预处理促进污泥厌氧消化产甲烷研究

发布时间：2020-06-28 10:14

【摘要】：污泥作为污水处理厂的副产物,产量随着污水量的增加而增加。污泥含有大量有机物和微生物,容易腐化发臭,含水率高,并且难以脱水,影响人体健康。厌氧消化产甲烷,可以将污泥中的有机物进行利用产甲烷,具有一定的经济和环境效益。但是厌氧消化周期长,产甲烷量较低。叶绿素铁钠盐(Sodium iron chlorophyll,SIC)结合过氧化氢(叶绿素铁钠盐类芬顿体系)预调理污泥,相对于其它预调理方式,具有能耗低,不腐蚀设备,调理效果好等优点。叶绿素铁钠盐类芬顿体系对污泥絮体有很好的破解作用,释放胞内聚合物,可以将污泥中大分子有机物转化为小分子有机物,提高有机物的可生物利用性,从而提高厌氧微生物对有机物的利用,缩短厌氧消化进程,提高挥发性脂肪酸的产量,从而提高甲烷产率。本论文以叶绿素铁钠盐类芬顿体系调理污泥提高厌氧消化甲烷产率为目的,并对调理机理进行初步探讨,具体研究内容包括:(1)以溶解性多糖、溶解性蛋白质和毛细吸水时间(capillary suction time,CST)为表征参数,表征污泥在叶绿素铁钠盐类芬顿体系调理后的污泥破解情况,分别探究叶绿素铁钠盐、过氧化氢和调理时间对预调理效果的影响。当H_2O_2为0.02 g/g TS;n(SIC):n(H_2O_2)=1:80;调理时间为140 min,调理后对污泥的破解效果最好,调理后污泥的CST高达730.1 s。(2)采用上步确定的最优调理参数,开展叶绿素铁钠盐类芬顿体系预处理污泥后对污泥厌氧消化产甲烷效果的影响实验,并对促进机理进行探讨。叶绿素铁钠盐类芬顿体系调理污泥,对污泥絮体破解效果好,使胞内聚合物释放,降解大分子有机物为可溶解性小分子有机物,提高污泥中有机物的可生物利用性,提高厌氧微生物对有机物的降解利用。残留的叶绿素铁钠盐大部分参与厌氧消化水解酸化反应,提高乙酸、丙酸等挥发性脂肪酸产量,并能将挥发性脂肪酸利用进行产甲烷活动,提高厌氧消化产甲烷效率,甲烷产率为83.34 mL CH_4/g VS,高于原泥的53.15 mL CH_4/g VS。通过本论文的研究,优化了污泥厌氧消化产甲烷工艺,探索了叶绿素铁钠盐类芬顿体系调理污泥促进厌氧消化产甲烷的新工艺,为污泥厌氧消化产甲烷提供了新的预处理方式,为厌氧消化产甲烷大规模使用提供了新的思路。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：

分子结构图,金属卟啉,卟吩,卟啉

1.3 金属卟啉类芬顿体系叶绿素铁钠盐属于一种过渡金属卟啉的衍生物，是一个研究的热点，在食品行业，环境领域和能源方面存在广泛应用。1.3.1 金属卟啉金属卟啉是一种广泛存在于自然界的物质，植物叶片中的叶绿素、维生素 B12和人体的血红素等我们熟知的物质都是金属卟啉[58, 59]。这些物质无论是对于人类自身的正常生命活动，还是对于生态系统的稳定发展，都起着不可或缺的作用。金属卟啉是由卟啉和过渡金属配合的一种复合化合物，具有平面四环结构[60]。卟啉是一类由四个吡咯类亚基的 α-碳原子通过次甲基桥（=CH-）互联而形成的大分子杂环化合物，是卟吩的一种衍生物，主要是由卟吩上的氢被其它原子或基团取代生成，如图 1-1 所示，卟啉的 R 和 R1 就是取代的基团。而铁卟啉一般可以用铁离子置换出叶绿素中间的镁生成的[61]。其中卟吩、卟啉和金属卟啉的结构如下图 1-1 所示：

三氯苯酚,过氧化氢,途径

华中科技大学硕士学位论文化学加工过程中很稳定，使得叶绿素铁钠盐和叶绿素铜钠盐可以用于食品染料行业[64]。叶绿素铁钠盐是韩国和日本允许使用的食品着色剂，除肉、鱼（包括鲸肉）、贝类、海带、海藻、蔬菜、水果、豆类和茶叶外，所有食品都规定允许使用叶绿素铁钠盐。可见叶绿素铁钠盐和叶绿素铜钠盐在食品添加剂行业运用十分广泛。除此之外，金属卟啉在医学和能源方面也有应用。在医学方面应用于特定分子的跟踪识别，也可作为药物原材料，用于治疗缺铁性贫血，也可合成一些致癌的药物[65]，医学上光动力学疗法是治疗癌症的一种新的手段，在一定波长的光照下，产生活性氧杀死肿瘤细胞[66]。

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