论文部分内容阅读
随着各行业排放的污水量逐年上升,剩余污泥作为污水处理的副产物年产量巨大,若不进行妥善处理处置,将会对生态环境和人类健康产生严重危害。在剩余污泥中,存在着大量可供微生物新陈代谢的有机碳源,具有很大的回收和利用潜力。如何有效利用剩余污泥,使其得到适当的处理处置,进而实现资源化,成为现今污泥处理研究领域的热点和关键问题。本研究旨在针对传统剩余污泥处理过程中存在的水解速率慢,厌氧发酵效率低等问题,创新性地使用氯化钠、阳离子交换树脂(CER)和氯化钠耦合阳离子交换树脂的方法对剩余污泥进行预处理,分析这三种不同的预处理方式对剩余污泥的溶胞破壁效果,并通过后续厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)的过程对预处理方式的强化效能进行评估。CER预处理剩余污泥主要是利用离子交换作用,将剩余污泥胞外聚合物(EPS)中起稳定结构作用的钙、镁离子置换出来,破坏污泥絮体结构,从而将EPS中的有机物释放至上清液中。Na Cl预处理剩余污泥主要是利用渗透压变化,使得老化细胞失水皱缩死亡,将胞内的大量有机物释放至上清液中。在单独预处理条件下,剩余污泥的颗粒粒径均呈现出减小的趋势;CER预处理上清液SCOD在第四天时升高至2956mg/L-4220mg/L,占TCOD的20.5%-29.3%;Na Cl预处理上清液SCOD在第二天时分别达到了2723mg/L-3988mg/L,占TCOD的18.8%-27.7%。单独预处理条件下,大量蛋白和多糖被释放至上清液中,含量均有显著提高,且迁移路径为胞内→结合紧密剥离EPS→结合松散EPS→上清液;根据三维荧光光谱所得结果进行分析,色氨酸类蛋白物质和芳香类蛋白物质是CER和Na Cl单独预处理后上清液中的主要蛋白类物质,且均为易生物降解类物质;CER和Na Cl单独预处理后污泥进行厌氧发酵产酸,VFAs产量均有明显提高,其中CER预处理后乙酸+丙酸的占比有所提高,而由于Na Cl预处理对产氢产乙酸菌活性有所抑制,在VFAs组分中乙酸+丙酸的占比有所降低。结合本研究中溶胞破壁效果和强化产酸效能可得,CER单独预处理最佳投量为3g/g SS,Na Cl单独预处理最佳投量为10g/L。NaCl预处理可促进细胞分泌更多地EPS,而CER预处理对EPS有着明显的剥离作用,故考虑将两种预处理方式进行耦合。此外,从两种预处理方式机理上看,CER预处理是一种作用温和但有机物的释放速率较慢的方式,而Na Cl预处理释放有机物速率较快但对细胞破坏较大,考虑将两种方式进行耦合,使得污泥预处理效果更好。随着CER投量的增加,耦合预处理后的剩余污泥颗粒粒径随之减小;而随着Na Cl投量的增加,剩余污泥颗粒粒径反而有所增加;耦合预处理后上清液SCOD释放量与释放速率均有明显提高,在预处理后第二天分别达到了4620mg/L和5107mg/L,分别占TCOD的32.0%和35.4%;上清液中蛋白和多糖含量大幅上升,释放量及释放速度均优于单独预处理;上清液中存在的主要蛋白仍为色氨酸类蛋白和芳香类蛋白,为易生物降解类物质;VFAs产量较单独预处理有明显提高,在3g/g SSCER+10g/LNa Cl和3g/g SSCER+15g/LNa Cl条件下分别达到了5970mg COD/L和5431mg COD/L。通过实验可以表明耦合预处理的效果明显优于单独预处理,可作为一种温和且快速的预处理方法应用于厌氧发酵快速产酸,且后续可通过清洗和结晶的方式分别对CER和Na Cl进行回收利用,是一种绿色经济高效的预处理方式。