剩余污泥生物增脂与污泥减量试验研究

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城市污水处理过程中产生的剩余污泥主要含有大量的微生物、有机质、氮、磷等。微生物体内的油脂是制备生物柴油的原材料;有机质、氮、磷可被富油微生物再利用实现污泥资源化。目前存在的问题是剩余污泥资源化的方法有局限性,而利用剩余污泥生产微生物油脂制备生物柴油,为污泥资源化提供了新的途径。本研究通过不同途径利用污泥中微生物和有机质,提高污泥中微生物油脂的含量,并评估不同途径对污泥减量及资源化的效果。直接提取污泥中的微生物油脂,其含量仅为6%8%(w/w)。为提高污泥油脂含量,采用不同碳源强化培养污泥的研究表明:以葡萄糖为碳源,采用不同C/N比(1070)对污泥进行连续培养,污泥中油脂含量随C/N比的增大而升高,C/N比为70时,污泥中油脂含量最高为33.34%(w/w),是污泥初始油脂含量的3.2倍。以餐厨垃圾为碳源,机械破碎+微波对餐厨垃圾预处理培养污泥,其油脂含量最高为13.95%(w/w)。针对污泥中存在难以被微生物利用大分子的问题,采用酸、碱、微波及超声等方式对污泥进行预处理。把培养24 h的斯氏油脂酵母接种10%(v/v)到不同预处理的污泥中,利用污泥中有机质培养富油酵母的研究表明:酸、碱、微波和超声预处理后接种斯氏油脂酵母,污泥中最大的油脂含量分别为13.49、18.04、14.31和36.67%(w/w),其中超声预处理对促进油脂酵母利用污泥进行油脂积累的效果最佳。污泥C/N比(5:18:1)较低,为了补充污泥中碳源不足,探究了以餐厨垃圾为外加碳源,对超声预处理的污泥培养斯氏油脂酵母生产微生物油脂的可行性,研究表明:在投加NaHCO3控制pH的条件下,污泥的油脂含量最高为23.68%(w/w),说明餐厨垃圾作为外加碳源并不适用于斯氏油脂酵母的油脂积累。通过甲酯化反应制备的生物柴油主要成分是棕榈酸(C16:0)、硬脂酸(C18:0)、油酸(C18:1)以及亚油酸(C18:2)。基于以上研究,评估不同途径利用污泥生产微生物油脂对污泥减量及资源化的效果。结果表明:污泥超声预处理作为营养物质培养斯氏油脂酵母,在微生物油脂生产及污泥减量效果最好,污泥油脂含量最高可达36.37%(w/w),污泥量减少40%,培养结束污泥中提取油脂后,污泥量减少了62%。
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