生物电化学强化污泥厌氧消化产甲烷效能的研究
发布时间：2020-08-10 18:11
【摘要】：城市污水处理厂产生了大量的剩余污泥,需要及时处理和处置,如不进行合理利用,不仅是一种资源的浪费而且将会造成污染。厌氧消化技术能在去除污染物的同时回收甲烷,是今后污泥处理技术发展的方向。但是传统厌氧消化存在着厌氧消化时间长、底物利用率低等缺点,成为制约厌氧消化系统处理效率的重要因素。微生物电解池系统能缩短厌氧消化的时间,打破了厌氧消化处理剩余污泥不能有效利用蛋白质的瓶颈,本文采用了一种新型的微生物电解池-厌氧消化耦合工艺(MEC-AD),考察了该工艺体系对厌氧消化产甲烷的影响。同时,采用Illumina等高通量测序技术,对微生物群落结构加以解析。本论文以剩余污泥为研究对象,首先对其进行了碱预处理,研究了碱预处理对厌氧消化的影响,发现碱预处理能有效促进污泥中有机物的溶出。碱处理24h后,SCOD从185 mg/L增加到2981 mg/L,是对照组的16倍。同时碱预处理也有利于提高甲烷产量,碱预处理组污泥的最大甲烷产量为0.22 m L/(m L反应器·d),而未处理污泥的最大甲烷产量仅为0.13 m L/(m L反应器·d),累积甲烷产量提高了50%。碱处理组与未处理组污泥比较,微生物群落结构均有较大差别。碱预处理组Euryarchaeota减少了4.5%,但Firmicutes增加了10.4%,Firmicutes增加将有利于微生物电化学系统的运行。在碱预处理的基础上,探究了微生物电化学体系对厌氧消化体系的影响,并对MEC-AD耦合反应体系的工艺参数进行了初步研究。研究发现MEC-AD耦合工艺能有效缩短厌氧消化时间,提高甲烷产量。在该体系下厌氧消化周期缩短了6天。0.8V、0.5V、对照组的最大甲烷产率分别为0.26m L CH4/(m L反应器·d)、0.22m L CH4/(m L反应器·d)、0.21m L CH4/(m L反应器·d);0.8 V和0.5 V条件下,甲烷总产量分别是对照组的1.42和1.37倍。在0.8 V的条件下,研究了PBS对MEC-AD耦合工艺的影响,发现添加PBS后最大甲烷产率为0.195m L CH4/(m L反应器·d),对照组为0.18m L CH4/(m L反应器·d),实验组的累积甲烷产量是对照组的1.446倍。因此在MEC-AD耦合反应器添加PBS有利于产甲烷过程。而从微生物群落结构看,微生物电化学体系有力地促进了Euryarchaeota的生长,Euryarchaeota的占比从20.3%(0V)分别增加到50.4%(0.5V)和27.5%(0.8V),其含丰度分别提高了30.1%和7.2%。在加的电情况下,微生物群落有选择的富集Euryarchaeota,Euryarchaeota的富集将有利于厌氧消化产甲烷。在该厌氧消化体系中,甲烷古菌的优势菌群为Methanosaeta和Methanobacterium。在加的电情况下其含量均增加。Methanosaeta的丰度由8.4%(0V)增加到28%(0.5V)和14.6%(0.8V),说明MEC-AD耦合体系有利于乙酸型产甲烷菌的生长。Methanobacterium由8.4%(0V)、增加到20.5%(0.5V)和12.3%(0.8V)。说明外加电压也能促进嗜氢型产甲烷菌的生长。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：
.2 厌氧消化的影响因素厌氧消化是指在厌氧（无氧）条件下，厌氧微生物将复杂的大分子有机甲烷、二氧化碳、无机营养物质和腐殖质等简单化合物的生物化学过程化是目前应用最广泛的污泥稳定化工艺，不仅能实现污泥减量、杀死病还能回收甲烷等能源气体。美国有 68%的污水处理厂利用厌氧消化工艺；在德国，服务人口大于 30000 人（约 9000 m3/d）时污水处理厂一般采化工艺；当服务人口大于 100000 人（约 30000 m3/d）时，法国和东欧的厂采用厌氧消化工艺[40]。厌氧消化理论先后经历了两阶段理论、三阶段理论和四菌群学说，其中论和四菌群学说描述得较为全面和具体。1979 年，J.G.Zeikus 提出了四菌该理论认为厌氧消化过程有 4 种群微生物参与，除了水解发酵菌、产氢、产甲烷菌外，还有同型产乙酸菌[41, 42]。同型产乙酸菌可利用 H2和 CO。
图 1-2 MEC 结构示意图电解池中，阳极产电菌是核心驱动力，共具有三种胞三种胞外电子传递机制，如图 1-3 所示。一是膜关联解性氧化还原穿梭体。图 1-3 产电菌的三种胞外电子传递机制（1）膜关联蛋白；（2）纳米导线；（3）溶解性氧化还原介体
（exoelectrogens）在阳极氧化有机物，产生 CO2、电子和质子，电子通过外电路传递到阴极，与质子结合产生 H2。MEC 结构示意图如图 1-2。图 1-2 MEC 结构示意图在微生物电解池中，阳极产电菌是核心驱动力，共具有三种胞外电子传递模阳极产电菌有三种胞外电子传递机制，如图 1-3 所示。一是膜关联色素；二是纳米导线；三是溶解性氧化还原穿梭体。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：
.2 厌氧消化的影响因素厌氧消化是指在厌氧（无氧）条件下，厌氧微生物将复杂的大分子有机甲烷、二氧化碳、无机营养物质和腐殖质等简单化合物的生物化学过程化是目前应用最广泛的污泥稳定化工艺，不仅能实现污泥减量、杀死病还能回收甲烷等能源气体。美国有 68%的污水处理厂利用厌氧消化工艺；在德国，服务人口大于 30000 人（约 9000 m3/d）时污水处理厂一般采化工艺；当服务人口大于 100000 人（约 30000 m3/d）时，法国和东欧的厂采用厌氧消化工艺[40]。厌氧消化理论先后经历了两阶段理论、三阶段理论和四菌群学说，其中论和四菌群学说描述得较为全面和具体。1979 年，J.G.Zeikus 提出了四菌该理论认为厌氧消化过程有 4 种群微生物参与，除了水解发酵菌、产氢、产甲烷菌外，还有同型产乙酸菌[41, 42]。同型产乙酸菌可利用 H2和 CO。
图 1-2 MEC 结构示意图电解池中，阳极产电菌是核心驱动力，共具有三种胞三种胞外电子传递机制，如图 1-3 所示。一是膜关联解性氧化还原穿梭体。图 1-3 产电菌的三种胞外电子传递机制（1）膜关联蛋白；（2）纳米导线；（3）溶解性氧化还原介体
（exoelectrogens）在阳极氧化有机物，产生 CO2、电子和质子，电子通过外电路传递到阴极，与质子结合产生 H2。MEC 结构示意图如图 1-2。图 1-2 MEC 结构示意图在微生物电解池中，阳极产电菌是核心驱动力，共具有三种胞外电子传递模阳极产电菌有三种胞外电子传递机制，如图 1-3 所示。一是膜关联色素；二是纳米导线；三是溶解性氧化还原穿梭体。
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 王s
本文编号：2788445
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huanjinggongchenglunwen/2788445.html
