嗜熱酶水解(s-TE)法預(yù)處理污泥產(chǎn)氫研究.pdf

1、城市污水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥數(shù)量非常巨大，若未經(jīng)妥善處理會帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題。剩余污泥主要成分是細(xì)菌等微生物，含有大量糖、蛋白質(zhì)和脂肪等有機(jī)質(zhì)，是一種可利用的資源。氫氣是一種高熱值、無污染的理想燃料，同時具有來源廣泛的優(yōu)點，可通過經(jīng)濟(jì)而環(huán)境友好的生物法制取。目前已有許多研究采用各種有機(jī)廢水和廢棄物進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫，在降解有機(jī)物污染的同時獲取能源。氫氣是厭氧發(fā)酵過程中的一種重要中間產(chǎn)物，通常在產(chǎn)生后很快便被產(chǎn)甲烷菌等消耗。污泥中多數(shù)有

2、機(jī)物都存在于微生物細(xì)胞中，微生物的細(xì)胞壁限制了污泥有機(jī)物的溢出，使有機(jī)物不能被產(chǎn)氫菌利用。因此發(fā)酵產(chǎn)氫中的接種污泥需要經(jīng)過一定的預(yù)處理，以殺死消耗氫氣的產(chǎn)甲烷菌并破解細(xì)胞壁、釋放出更多的有機(jī)物質(zhì)，從而獲得更好的產(chǎn)氫效果。基于微生物隱性生長的生物嗜熱酶水解(Solubilization by Thermophilic Enzyme，S-TE)技術(shù)，相對傳統(tǒng)的物理、化學(xué)預(yù)處理方法更經(jīng)濟(jì)高效、安全，而且能耗低、易于運行控制，結(jié)合后續(xù)工藝不僅可

3、以實現(xiàn)污泥的“零排放”，還可同時增加生物氣產(chǎn)量，應(yīng)用前景良好。本論文在國內(nèi)外污泥發(fā)酵產(chǎn)氫最新研究成果基礎(chǔ)上，對S-TE預(yù)處理進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。
　　 以海水養(yǎng)殖場有機(jī)廢棄物為底物，比較了經(jīng)過嗜熱酶(S-TE)、酸、堿、滅菌、微波不同預(yù)處理的污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫能力的不同。結(jié)果顯示，滅菌預(yù)處理污泥產(chǎn)氫效果最好，產(chǎn)氫率為22.0 mL/g VSS，酸處理的效果最差，產(chǎn)氫率為7.6 mL/gVSS。對發(fā)酵過程底物的變化(SCOD、可溶

4、性蛋白質(zhì)、可溶性糖、pH、揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)和乙醇)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：可溶性糖為發(fā)酵產(chǎn)氫主要的營養(yǎng)來源，在其大量消耗之后，氫氣不再產(chǎn)生。發(fā)酵過程中產(chǎn)生的VFAs主要成分是乙酸，在發(fā)酵后期出現(xiàn)乙醇，表示發(fā)酵出現(xiàn)溶劑化現(xiàn)象。接種S-TE預(yù)處理污泥的底物能更多地釋放營養(yǎng)物質(zhì)，并在整個發(fā)酵過程中保持較穩(wěn)定的pH值。
　　 研究了不同S-TE預(yù)處理條件對污泥發(fā)酵產(chǎn)氫的影響。結(jié)果表明，污泥經(jīng)65℃處理8 h熱處理產(chǎn)氫效果最好，產(chǎn)

5、氫率達(dá)到了30.8 mL/g VSS，延長處理時間會使污泥的氫產(chǎn)率在一定程度上降低。當(dāng)S-TE處理污泥的起始pH值為6.0時，污泥的產(chǎn)氫率為33.8 mL/g VSS，升高或降低污泥的起始pH值，都會使污泥的產(chǎn)氫率降低。當(dāng)污泥VSS濃度為11.23 g/L時，單位體積污泥產(chǎn)氫量最大，達(dá)到50.8 mL/L。
　　 為更好地發(fā)揮S-TE預(yù)處理污泥發(fā)酵產(chǎn)氫優(yōu)勢，以S-TE預(yù)處理污泥為發(fā)酵底物，針對pH、C/N、C/P、Fe2+進(jìn)行4

6、因素9水平均勻設(shè)計實驗，得出發(fā)酵條件與S-TE預(yù)處理污泥產(chǎn)氫率之間的回歸方程，方程的因變量與全體自變量之間的回歸效果顯著，可用作對試驗分析及預(yù)測。研究結(jié)果說明初始pH、C/N、C/P、Fe2+濃度這4種因素對于產(chǎn)氫結(jié)果存在交互影響，而非各自獨立地作用于產(chǎn)氫過程。根據(jù)回歸方程計算可知，pH取6.4，C/N取38，C/P取265，F(xiàn)e2+取85 mg/L時，產(chǎn)氫率值最大，產(chǎn)氫效果最好，達(dá)到68.4 mL/g VSS。初始pH值對于發(fā)酵產(chǎn)氫過