【摘 要】
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我国污泥(WAS)和菌糠(SMS)产量巨大,长期堆放会造成环境污染,应对其资源化利用。二者联合厌氧发酵产生的挥发性脂肪酸(VFAs)可作为污泥脱氮除磷工艺以及塑料合成的重要原材料,因此,厌氧发酵产酸是污泥和菌糠资源化利用的理想选择。本研究对剩余污泥与菌糠进行厌氧发酵制备VFAs,以实现二者的资源循环利用。本试验主要从以下3方面进行探究:热碱预处理对剩余污泥破解效果的影响;菌糠与KOH预处理污泥共发
【基金项目】
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山西省自然科学基金(201901D111216); 山西省重点研发计划重点项目(201903D211012-05); 食用菌山西省科技创新重点团队(201805D131009); 山西省优秀博士来晋工作奖励基金(SXYBKY201803); 山西农业大学科技创新基
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我国污泥(WAS)和菌糠(SMS)产量巨大,长期堆放会造成环境污染,应对其资源化利用。二者联合厌氧发酵产生的挥发性脂肪酸(VFAs)可作为污泥脱氮除磷工艺以及塑料合成的重要原材料,因此,厌氧发酵产酸是污泥和菌糠资源化利用的理想选择。本研究对剩余污泥与菌糠进行厌氧发酵制备VFAs,以实现二者的资源循环利用。本试验主要从以下3方面进行探究:热碱预处理对剩余污泥破解效果的影响;菌糠与KOH预处理污泥共发酵产酸性能;不同浓度KOH预处理污泥对共发酵体系产酸性能的影响。研究结果如下:首先,本试验探究了热碱预处理对剩余污泥破解效果的影响:即本研究选用0.105 g·kg-1TS氢氧化钙、氢氧化钠、以及氢氧化钾对剩余污泥进行预处理,研究三种碱对剩余污泥水解性能的影响。结果表明,未经预处理的剩余污泥破解效果明显低于各热碱预处理组,且预处理效果由强到弱分别为:KOH预处理组>Na OH预处理组>Ca(OH)2预处理组。KOH预处理组中:VSS去除率高达37.75%;可溶性糖类含量较对照组提高了71.8%;SCOD含量高达12800 mg·L-1;污泥破解率高达45.20%,这是由于KOH预处理剩余污泥污泥(PWS)结构较疏松,剩余污泥水解效果增强,糖类、蛋白质等被分解释放到发酵液中,SCOD含量显著增长。基于KOH预处理对剩余污泥的破解效果较好,本试验通过设置6个批式试验探究了菌糠与KOH预处理污泥共发酵产酸性能,分别为:污泥(WAS:SMS=1:0)、预处理污泥(PWS:SMS=1:0)、菌糠(PWS:SMS=0:1)、预处理污泥:菌糠=1:1(PWS:SMS=1:1)、污泥:菌糠=1:2(WAS:SMS=1:2)以及预处理污泥:菌糠=1:2(PWS:SMS=1:2)。研究表明,PWS:SMS=1:2时,VFAs浓度高达5496.70mg COD·L-1,分别较单独污泥和单独菌糠产酸量提升了56.71%、54.97%;同时,该处理的氨态氮、正磷酸盐、SCOD的含量、α-葡萄糖苷酶和蛋白酶的相对活性明显高于其它处理组。因此,热碱预处理污泥与菌糠构成的共发酵体系可高效转化污泥与菌糠固体废弃物为发酵代谢产物VFAs。最后,立足于KOH预处理污泥效果较好,且PWS:SMS=1:2时污泥菌糠共发酵产酸性能最优,本试验探究了6种不同浓度KOH(分别为:0.105、0.210、0.315、0.420、0.525、0.630 g KOH·g-1TS)预处理污泥对共发酵体系产酸性能的影响,结果表明:KOH投加量为0.525 g KOH·g-1TS,VFAs产量最高,达到6381.52mg COD·L-1,较0.105 g KOH·g-1TS,VFAs产量提高了13.8%;且不同碱浓度下,挥发性脂肪酸的组成、p H及氨态氮、正磷酸盐的含量均存在一定差异;此外,KOH投加量为0.105-0.525 g KOH·g-1TS时,α-葡萄糖苷酶及蛋白酶相对活性随KOH浓度的增大而增大或增强。
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