污泥厌氧消化过程胞外聚合物变化对脱水性能的影响研究

摘要

城市污水处理厂污泥的产生量大，是一种性质复杂、污染物含量高、潜在环境风险巨大的污染物，需要及时处理和处置，实现减量化、稳定化和无害化。污泥厌氧消化为当前许多大中型污水处理厂污泥稳定化处理的主流工艺，而厌氧消化水解速率是限速步骤，不完全的消化过程则会导致污泥的脱水性能恶化，其影响机理则与消化过程中污泥有机物组成及结合状态变化有关。为研究消化过程中污泥脱水性能的演化及其与有机物组成及结合状态的相关性，探索污泥厌氧消化改善其脱水性能的技术方法；实验对比了超声预处理和无处理直接厌氧消化两种工况下，污泥脱水性能的变化，采用离心和超声波法将污泥由外到内依次分为粘液(Slime)层、疏松结合的胞外聚合物(LB—EPS)层和紧密结合的胞外聚合物(TB—EPS)层及细胞(Pellet)层。研究了各层有机物、粒径及金属离子的变化及对脱水性能的影响，得到的主要结论如下。 (1)在34d的消化过程中，超声预处理工况表现了强化有机物降解的作用，污泥的总悬浮固体(TSS)和挥发性固体(VSS)去除率有所提高，分别为52.6％和55.2％；而无预处理工况相应的TSS和VSS去除率分别为45.4％和47.9％。 (2)污泥中的有机物组分主要为蛋白质和多糖，两者之和占污泥总有机物的65％—76％。超声处理对污泥蛋白质在各层中的分布有明显影响，无预处理时，污泥蛋白质主要分布在Pellet层和TB—EPS层，Slime层和LB—EPS层分布则较少，而超声处理后，蛋白质发生了从内而外的转移，主要分布在Pellet层和Slime层。同时两种工况下污泥蛋白质的降解模式也有所不同，随着消化反应的进行，前者Slime层蛋白质所占的比例逐渐增大，而后者Slime层和LB—EPS层的蛋白质在减少。两种工况下污泥外部(Slime层和LB—EPS层)的蛋白质与该部分的Fe离子浓度的相关性均较强，相关系数分别是R2=0.9671(p=0.0036)和R2=0.9657(p=0.0033)，表明Fe离子在污泥外部蛋白质的絮凝架桥方面发挥了重要作用。 (3)两种工况下污泥的脱水性能变化明显不同。无预处理污泥在消化过程中的脱水性能显著变差，而超声处理后污泥脱水性能随消化反应的进行逐渐提高。无预处理污泥的毛细吸水时间CST与其Slime层中蛋白质显著相关(R2=0.893，p=0.007)；而对于超声处理后污泥，CST不但与Slime层中蛋白质正相关，同时还与LB—EPS层中蛋白质显著相关(R2=0.882，p=0.002)；总体来说，污泥絮体外部可溶性部分(Slime层和LB—EPS层)的蛋白质对其脱水性能有重要影响，R2分别为0.9930(p=0.0027)和0.9835(p=0.0049)。 (4)利用三维荧光光谱(3DEEM)测定了超声预处理污泥消化过程中荧光强度的变化，主要的荧光峰是两个与色氨酸有关的类蛋白峰，第1个峰的激发/发射光谱(Ex/Em)在225/340—350nm(PeakA)，第2个峰的激发/发射光谱(Ex/Em)在280-285/340—350nm(PeakB)。在消化过程中，Slime层和LB—EPS层中B峰逐渐减弱，分布于该部分的污泥蛋白质与B峰存在较强的相关性(R2=0.8185，p=0.0028)，污泥CST与B峰也具有较好的线性关系，相关系数R2达0.8877。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1污泥特性

1.1.1 污泥来源及结构

1.1.2 污泥中水分及脱水

1.2污泥厌氧消化

1.2.1 厌氧消化过程机理及影响因素

1.2.2 厌氧消化存在的问题和污泥预处理的意义

1.3超声波预处理

1.3.1 超声波作用机理

1.3.2 超声波作用对污泥的影响

1.4厌氧消化过程脱水性能的影响因素

1.4.1 胞外聚合物(EPS)

1.4.2 金属阳离子

1.4.3粒径

1.4.4 表面电荷

1.4.5 pH

第2章研究背景和内容

2.1研究背景

2.2研究内容

2.3技术路线

第3章实验内容与方法

3.1污泥来源

3.2试验装置

3.2.1 超声条件与装置

3.2.2 污泥厌氧消化装置

3.3实验所用仪器和药品

3.4实验方法

3.4.1污泥分层方法

3.4.2测试项目和分析方法

第4章 超声预处理对污泥消化脱水及颗粒形态的影响

4.1超声预处理对污泥消化的影响

4.1.1 TSS、VSS去除率

4.1.2 SCOD／COD降解率

4.1.3产气量

4.1.4 VFA产生量

4.2两种情况消化过程中脱水性能的变化

4.3消化过程中颗粒形态的变化

4.4小结

第5章消化过程中污泥性质的改变对脱水性能的影响

5.1化学组分的变化

5.1.1 蛋白质的变化

5.1.2多糖的变化

5.1.3水解酶的变化

5.1.4金属离子的变化

5.2蛋白质和多糖对脱水性能的影响

5.3三维荧光强度与CST的关系

5.3.1超声波预处理厌氧消化过程中蛋白质的三维荧光光谱特征

5.3.2荧光强度与蛋白质的关系

5.3.3荧光强度与CST值关系

5.4金属离子与脱水性能的影响

5.5蛋白质与金属离子的关系

5.6 Zeta电位的变化

5.7 pH的影响

5.8小结

第6章结论和建议

6.1结论

6.2建议

致 谢

个人简历

参考文献