pH值对剩余污泥有机物溶出和菌群结构的影响
发布时间：2021-07-08 13:33
碳源不足是制约生物脱氮除磷效果的重要因素,对剩余污泥进行厌氧发酵处理可获取污泥内碳源,而pH值是影响污泥发酵产酸的关键因素。以城市污水处理厂剩余污泥为研究对象,采用批次试验考察了pH值分别为3、5、7、9、10、11时剩余污泥厌氧发酵过程中有机物的溶出情况,并利用高通量测序技术对强酸和强碱环境下的发酵污泥进行细菌群落结构分析。结果表明,pH值影响剩余污泥厌氧发酵过程中有机物的溶出和发酵体系的细菌群落结构。碱性条件下污泥破解率和有机物溶出率均高于酸性和中性条件,pH=10是厌氧发酵产酸的最适pH值条件,发酵10 d时的VFAs质量浓度最高为166.23 mg/L,且以异丁酸为主。高通量测序结果显示,pH=3和pH=10时的优势菌门均为Proteobacteria、Chloroflexi、Firmicutes和Bacteroidetes,pH=3时的微生物群落结构的丰度和多样性均高于pH=10时,但pH=10时的发酵污泥中水解酸化菌的丰度更高,因此可促进有机酸的积累,优势度最高的门为Firmicutes,其次为Chloroflexi。
【文章来源】：安全与环境学报. 2020,20(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
p H值对污泥破解和SCOD的影响
碱性环境下，随pH值增大，VFAs质量比降低;但pH=10时，VFAs的产量最高，为303.76 mg/L;此时，蛋白质所占比例也最大，为46.41%;pH=11时，蛋白质所占比例略有降低，为41.32%,VFAs的产量为271.03 mg/L。酸性环境下，随pH值降低，VFAs的质量浓度降低;但在p H=3时，VFAs质量浓度最高，为246.03 mg/L。p H值为3、10和11时，蛋白质所占比例远高于碳水化合物，蛋白质/多糖的比例分别为1.14、1.88和1.74。而且，强碱性条件下的蛋白质和多糖含量更高，可为产酸菌提供更多可利用的发酵底物。这是因为强酸或强碱更有利于污泥破解，尤其是大量OH-的存在增强了污泥的电负性，使得污泥颗粒之间静电斥力增大，污泥絮体更为分散，有利于产酸菌与底物的接触，产酸量增大[30]。另外，强碱性条件抑制了产甲烷菌的活性，从而减少了有机酸的消耗[31]。因此，pH=10的碱性环境更有利于有机酸的产生与积累，这与Yuan等[32]的研究结果一致。图3显示了蛋白质和多糖总量随发酵时间的变化趋势。强碱性环境(p H值为10和11)下的总质量浓度随发酵时间延长逐渐增大，在发酵8 d之后趋于稳定。相反，在其余p H值条件下，总质量浓度呈现波动性增加的趋势，质量浓度在137.55～335.24 mg/L波动。厌氧发酵前2 d，碱性环境下蛋白质和多糖的溶出速率较高，随后出现降低。厌氧发酵前6 d,pH=11时的蛋白质与多糖总质量浓度始终是最高的，其次是pH=10时的。发酵6 d之后，pH=10时的最高，并始终保持较高水平。第8 d时，在pH=10和pH=11时的蛋白质和多糖总量分别为1 164.23 mg/L和1 134.22 mg/L，并趋于稳定。发酵10 d时，在p H=10和pH=11时的蛋白质和多糖质量浓度分别为1 164.23 mg/L和1 145.23mg/L，变化不明显。
由于剩余污泥中大部分有机物是与细胞壁和胞外聚合物(EPS)相结合的，蛋白质和多糖的溶出意味着EPS和细胞结构在酸和碱的作用下发生了裂解，而EPS多带负电荷[33]，碱性环境下，EPS中的酸性基团更易分解，使带负电荷的EPS产生排斥作用，破坏污泥的絮体结构，从而使蛋白质和多糖释放到污泥发酵液中，表现为蛋白质与多糖总质量浓度增加[34]。另外，EPS中含有大量水解酶，可催化发酵底物的水解，更有利于水解发酵菌与底物之间进行有效接触。因而，碱性环境更有利于蛋白质与多糖的溶出[32]。2.1.3 挥发性有机酸积累
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Fe3+/EDTA-2Na的类芬顿污泥预处理技术[J]. 徐文迪,常沙,黄殿男,傅金祥,李琳,张贺凯,焦美怡. 安全与环境学报. 2018(06)
[2]预处理条件对高含固污泥热水解有机物组分转化的影响[J]. 韩芸,王晓飞,卓杨,曹玉芹,钟晨. 安全与环境学报. 2018(04)
[3]pH值对剩余污泥微氧水解酸化溶出物及微生物群落结构的影响[J]. 曾薇,郭京京,纪兆华,赵丹,彭永臻. 应用基础与工程科学学报. 2018(03)
[4]曝气及搅拌强化超声预处理污泥试验研究[J]. 张小玲,赵艳红,李正群,张帆. 安全与环境学报. 2018(02)
[5]强碱预处理和碱性强度对剩余污泥发酵的影响[J]. 彭永臻,邢立群,金宝丹,王淑莹. 北京工业大学学报. 2016(02)
[6]污泥厌氧产酸发酵液作碳源强化污水脱氮除磷中试研究[J]. 罗哲,周光杰,刘宏波,聂新宇,陈宇,翟丽琴,刘和. 环境科学. 2015(03)
[7]热碱处理对污水处理厂污泥特性的影响研究[J]. 杨世东,陈霞,刘操,肖本益. 环境科学. 2015(02)
[8]提高污泥碱性发酵挥发酸积累的新方法[J]. 李晓玲,彭永臻,柴同志,朱建平,王淑莹. 环境科学. 2014(07)
[9]利用活性污泥水解发酵补充碳源优化脱氮除磷[J]. 刘智晓,季民,郝赟,孟轶,G.Petersen. 中国给水排水. 2013(04)
本文编号：3271672
【文章来源】：安全与环境学报. 2020,20(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
p H值对污泥破解和SCOD的影响
碱性环境下，随pH值增大，VFAs质量比降低;但pH=10时，VFAs的产量最高，为303.76 mg/L;此时，蛋白质所占比例也最大，为46.41%;pH=11时，蛋白质所占比例略有降低，为41.32%,VFAs的产量为271.03 mg/L。酸性环境下，随pH值降低，VFAs的质量浓度降低;但在p H=3时，VFAs质量浓度最高，为246.03 mg/L。p H值为3、10和11时，蛋白质所占比例远高于碳水化合物，蛋白质/多糖的比例分别为1.14、1.88和1.74。而且，强碱性条件下的蛋白质和多糖含量更高，可为产酸菌提供更多可利用的发酵底物。这是因为强酸或强碱更有利于污泥破解，尤其是大量OH-的存在增强了污泥的电负性，使得污泥颗粒之间静电斥力增大，污泥絮体更为分散，有利于产酸菌与底物的接触，产酸量增大[30]。另外，强碱性条件抑制了产甲烷菌的活性，从而减少了有机酸的消耗[31]。因此，pH=10的碱性环境更有利于有机酸的产生与积累，这与Yuan等[32]的研究结果一致。图3显示了蛋白质和多糖总量随发酵时间的变化趋势。强碱性环境(p H值为10和11)下的总质量浓度随发酵时间延长逐渐增大，在发酵8 d之后趋于稳定。相反，在其余p H值条件下，总质量浓度呈现波动性增加的趋势，质量浓度在137.55～335.24 mg/L波动。厌氧发酵前2 d，碱性环境下蛋白质和多糖的溶出速率较高，随后出现降低。厌氧发酵前6 d,pH=11时的蛋白质与多糖总质量浓度始终是最高的，其次是pH=10时的。发酵6 d之后，pH=10时的最高，并始终保持较高水平。第8 d时，在pH=10和pH=11时的蛋白质和多糖总量分别为1 164.23 mg/L和1 134.22 mg/L，并趋于稳定。发酵10 d时，在p H=10和pH=11时的蛋白质和多糖质量浓度分别为1 164.23 mg/L和1 145.23mg/L，变化不明显。
由于剩余污泥中大部分有机物是与细胞壁和胞外聚合物(EPS)相结合的，蛋白质和多糖的溶出意味着EPS和细胞结构在酸和碱的作用下发生了裂解，而EPS多带负电荷[33]，碱性环境下，EPS中的酸性基团更易分解，使带负电荷的EPS产生排斥作用，破坏污泥的絮体结构，从而使蛋白质和多糖释放到污泥发酵液中，表现为蛋白质与多糖总质量浓度增加[34]。另外，EPS中含有大量水解酶，可催化发酵底物的水解，更有利于水解发酵菌与底物之间进行有效接触。因而，碱性环境更有利于蛋白质与多糖的溶出[32]。2.1.3 挥发性有机酸积累
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Fe3+/EDTA-2Na的类芬顿污泥预处理技术[J]. 徐文迪,常沙,黄殿男,傅金祥,李琳,张贺凯,焦美怡. 安全与环境学报. 2018(06)
[2]预处理条件对高含固污泥热水解有机物组分转化的影响[J]. 韩芸,王晓飞,卓杨,曹玉芹,钟晨. 安全与环境学报. 2018(04)
[3]pH值对剩余污泥微氧水解酸化溶出物及微生物群落结构的影响[J]. 曾薇,郭京京,纪兆华,赵丹,彭永臻. 应用基础与工程科学学报. 2018(03)
[4]曝气及搅拌强化超声预处理污泥试验研究[J]. 张小玲,赵艳红,李正群,张帆. 安全与环境学报. 2018(02)
[5]强碱预处理和碱性强度对剩余污泥发酵的影响[J]. 彭永臻,邢立群,金宝丹,王淑莹. 北京工业大学学报. 2016(02)
[6]污泥厌氧产酸发酵液作碳源强化污水脱氮除磷中试研究[J]. 罗哲,周光杰,刘宏波,聂新宇,陈宇,翟丽琴,刘和. 环境科学. 2015(03)
[7]热碱处理对污水处理厂污泥特性的影响研究[J]. 杨世东,陈霞,刘操,肖本益. 环境科学. 2015(02)
[8]提高污泥碱性发酵挥发酸积累的新方法[J]. 李晓玲,彭永臻,柴同志,朱建平,王淑莹. 环境科学. 2014(07)
[9]利用活性污泥水解发酵补充碳源优化脱氮除磷[J]. 刘智晓,季民,郝赟,孟轶,G.Petersen. 中国给水排水. 2013(04)
本文编号：3271672
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