木瓜蛋白酶胁迫剩余污泥厌氧发酵制氢效能研究

发布时间：2017-08-28 18:53

  本文关键词：木瓜蛋白酶胁迫剩余污泥厌氧发酵制氢效能研究

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【摘要】：氢气被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,但其生产过程一直伴随着高成本或者高能耗,为了寻求低成本、高效、高纯度的氢气制取方法,人们将目光聚焦到了生物制氢。生物制氢是产氢细菌利用自身的生理代谢特性,通过发酵作用分解有机质并产生分子氢的过程。剩余污泥是城市污废水采用生物活性污泥法处理的产物,富含各种有机质,将这些有机质通过厌氧发酵转化为氢气是解决剩余污泥的有效途径,同时也可获得清洁能源。剩余污泥含有大量有机质,但这些有机质主要集中在微生物细胞内,难以被微生物吸收利用。为了促进剩余污泥水解,本课题研究了木瓜蛋白酶预处理剩余污泥技术,探究木瓜蛋白酶水解剩余污泥的最佳反应条件。接着以预处理后剩余污泥作为基质,考察了厌氧发酵对剩余污泥性能的影响,并评价了木瓜蛋白酶预处理对剩余污泥乙醇型发酵制氢的意义。试验研究表明:(1)通过对木瓜蛋白酶水解条件优化,最终得出木瓜蛋白酶水解剩余污泥的最佳反应条件为:酶浓度7.5mg/L、反应温度72.5℃、反应时间5min。该条件下剩余污泥SCOD/TCOD值为59.9%,较原泥提高了31.8%,COD溶解度为90%。(2)经木瓜蛋白酶处理后剩余污泥性能改善,微生物细胞壁在一定程度上也被溶解。预处理过的剩余污泥厌氧消化形成的发酵系统更稳定,对p H变化有着更强的平衡调节能力,并且产气速率和产氢纯度都有所提高。(3)剩余污泥中氨氮含量与木瓜蛋白酶作用时间关系紧密,作用时间越长,污泥中氨氮增加量越高;污泥中多糖含量随着酶投加量的增加而显著增长,但是由微生物细胞内多糖物质释放引起的;在适宜的木瓜蛋白酶浓度条件下,污泥中长链脂肪酸可被氧化成短链脂肪酸。(4)剩余污泥厌氧发酵反应器运行期间,系统COD去除率表现为先小幅下降后逐步上升,最后趋于稳定。系统运行成熟后,COD去除率也基本稳定,试验组COD去除率为31%~34%,对照组为26%~32%。(5)反应器运行期间,系统氧化还原电位连续下降,直至第50d才逐渐稳定,约为-230mv;随着反应器的运行,系统内VFA含量快速增加,试验组在第35d时达到最大值,约为1913mg/L,对照组在第50d时达到峰值1466 mg/L;反应器培养运行过程中系统出水p H值都呈下降趋势,直至稳定在4.45左右,表现为乙醇型发酵特征。(6)反应器运行初期,系统产气量很低,氢气含量也几乎为零。随着反应器的运行,试验组产气速率在第44d达到最大值3405m L/d,而对照组直至第50d才达到最大值2945m L/d,且普遍低于试验组日产气量。随着反应器继续运行,系统产气速率和氢气纯度趋于稳定,试验组产气速率约为3300m L/d,氢气纯度47%,对照组产气速率为2900m L/d,氢气纯度44%。
【关键词】：剩余污泥 木瓜蛋白酶 预处理 乙醇型发酵 制氢
【学位授予单位】：吉林建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第1章 绪论14-20
• 1.1 课题研究背景14-15
• 1.2 城市剩余污泥概况15-18
• 1.2.1 剩余污泥种类与特性15-17
• 1.2.2 剩余污泥主要处置方式17-18
• 1.3 课题研究目的和意义18-19
• 1.4 课题研究内容19-20
• 第2章 剩余污泥厌氧发酵制氢20-29
• 2.1 氢气主要制取方法20-23
• 2.1.1 水电解制氢20-21
• 2.1.2 天然气蒸汽转化制氢21-22
• 2.1.3 生物法制氢22-23
• 2.2 污泥厌氧消化机理23-24
• 2.3 厌氧发酵产氢机理24-26
• 2.4 厌氧发酵产氢类型26-27
• 2.5 厌氧发酵产氢影响因素27-29
• 第3章 外加酶预处理剩余污泥研究进展29-35
• 3.1 剩余污泥预处理意义29
• 3.2 剩余污泥主要预处理方法29-30
• 3.3 外加酶预处理剩余污泥30-35
• 3.3.1 酶水解污泥作用机理30-31
• 3.3.2 酶水解污泥影响因素31-32
• 3.3.3 酶处理剩余污泥研究现状32-35
• 第4章 木瓜蛋白酶对剩余污泥预处理效能研究35-51
• 4.1 材料与方法35-38
• 4.1.1 试验污泥和酶35-36
• 4.1.2 试验方法36-37
• 4.1.3 分析指标及方法37-38
• 4.2 试验仪器设备38-39
• 4.3 结果与分析39-46
• 4.3.1 酶预处理对剩余污泥SCOD、TCOD浓度影响39-40
• 4.3.2 酶预处理对剩余污泥性能影响40-42
• 4.3.3 酶预处理对剩余污泥氨氮的影响42-43
• 4.3.4 酶预处理对剩余污泥蛋白质的影响43-44
• 4.3.5 酶预处理对剩余污泥多糖的影响44-45
• 4.3.6 酶预处理对剩余污泥VFA的影响45-46
• 4.4 木瓜蛋白酶胁迫剩余污泥水解优化46-49
• 4.4.1 试验污泥和酶46-47
• 4.4.2 试验方法47-48
• 4.4.3 分析指标及方法48
• 4.4.4 试验仪器设备48
• 4.4.5 酶优化预处理对剩余污泥的影响48-49
• 4.5 本章小结49-51
• 第5章 剩余污泥厌氧发酵制氢效能研究51-62
• 5.1 材料与方法51-54
• 5.1.1 发酵污泥性质51-52
• 5.1.2 试验方法52-53
• 5.1.3 分析指标及方法53-54
• 5.2 剩余污泥乙醇型发酵培养54
• 5.3 试验仪器设备54-55
• 5.4 结果与分析55-60
• 5.4.1 进出水pH值变化55-56
• 5.4.2 出水VFA浓度变化56-57
• 5.4.3 产气速率及氢气纯度57-58
• 5.4.4 剩余污泥COD去除率58-59
• 5.4.5 出水ORP变化59-60
• 5.4.6 出水氨氮含量变化60
• 5.5 本章小结60-62
• 结论62-65
• 参考文献65-72
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文72-73
• 致谢73

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本文编号：748965