污泥的嗜熱酶預(yù)處理及嗜熱產(chǎn)氫研究.pdf

1、隨著城市生活污水和工業(yè)污水量的增加,污泥的產(chǎn)量也在日益增多,污泥減量與資源化逐漸成為國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略需求。本文首先通過(guò)嗜熱酶溶解法(S-TE)對(duì)污泥進(jìn)行溶胞處理,使污泥釋放更多的可溶性有機(jī)物以利于產(chǎn)氫發(fā)酵,并通過(guò)低強(qiáng)度超聲技術(shù)對(duì)嗜熱溶胞預(yù)處理過(guò)程進(jìn)行促進(jìn),以縮短預(yù)處理周期并提高預(yù)處理效果;然后利用對(duì)預(yù)處理前后的污泥,研究嗜熱與中溫條件下預(yù)處理后的污泥產(chǎn)氫性能。
　　首先從剩余污泥中分離出一株能分泌胞外蛋白水解酶并能有效地溶解污泥的嗜

2、熱菌,通過(guò)16SrDNA鑒定,將其命名為GeobacillusstearothermophilusTP-12。此外,為縮短污泥嗜熱酶處理周期,本研究運(yùn)用低強(qiáng)度超聲促進(jìn)污泥水解。通過(guò)響應(yīng)曲面法確定最佳的超聲參數(shù),既超聲強(qiáng)度為即超聲強(qiáng)度為0.1219W/mL,超聲時(shí)間為16.2s。在最佳超聲參數(shù)下,通過(guò)12h的S-TE處理,低頻超聲組比對(duì)照組的溶解性COD、可溶性蛋白以及糖的含量分別高出20.2％,16.8%和15.9%,并且分別是原污泥的

3、3.52,3.49和3.54倍。運(yùn)用三維熒光光譜對(duì)溶解產(chǎn)物中的可溶性有機(jī)物進(jìn)行檢測(cè)以分析超聲的促進(jìn)效應(yīng),結(jié)果表明超聲組合實(shí)驗(yàn)組均具有兩組相同的熒光基團(tuán)(Ex/Em:220/340和280/340nm),且超聲促進(jìn)S-TE組的濃度略高于未加超聲促進(jìn)的S-TE組,說(shuō)明低強(qiáng)度超聲對(duì)S-TE過(guò)程具有促進(jìn)作用,而不改變反應(yīng)途徑和產(chǎn)物的量。
　　然后以嗜熱酶預(yù)處理后污泥及其水解物為底物研究了嗜熱(55℃)與中溫(35℃)下的產(chǎn)氫性能對(duì)比。結(jié)果

4、表明,嗜熱條件下產(chǎn)氫率比中溫下高28.6%。當(dāng)污泥濃度TSS在16532mg/L-23532mg/L的范圍內(nèi),隨著污泥濃度的升高,產(chǎn)氫菌代謝活性會(huì)受到不同程度的抑制。在污泥濃度為16532mg/L時(shí),達(dá)到最高的產(chǎn)氫率19.9mLH2/gVSS,發(fā)酵類(lèi)型為丁酸型發(fā)酵。當(dāng)污泥濃度為17612mg/L時(shí),經(jīng)過(guò)嗜熱酶預(yù)處理的污泥比未經(jīng)處理的污泥的嗜熱產(chǎn)氫率提高48.6%。預(yù)處理后污泥發(fā)酵產(chǎn)氫的菌群適應(yīng)期也會(huì)大幅度縮短。此外,相比于原污泥發(fā)酵,預(yù)

5、處理后污泥的緩沖能力更強(qiáng)。
　　通過(guò)投加不同濃度當(dāng)量的磷酸鹽緩沖劑考察了預(yù)處理后污泥自身的發(fā)酵緩沖能力。結(jié)果表明,雖然嗜熱酶預(yù)處理后的污泥自身具有很好的發(fā)酵緩沖能力將pH穩(wěn)定在6.4到6.5之間,但在0.05mol/L濃度磷酸鹽存在下,氫氣產(chǎn)率可達(dá)到24.1mLH2/gVSS,比未添加緩沖劑組提高21.1%。此外,過(guò)高的緩沖劑濃度雖然不能改變發(fā)酵的類(lèi)型,但是可以導(dǎo)致NADH的積累從而對(duì)產(chǎn)氫代謝有不同程度的抑制作用。
　　嗜熱