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题名	基于微波-过氧化氢-碱预处理的污泥水解酸化强化与优化研究
作者	贾瑞来
答辩日期	2015-05
文献子类	硕士
授予单位	中国科学院研究生院
授予地点	北京
导师	魏源送
关键词	微波-过氧化氢-碱 污泥预处理 水解酸化 蛋白酶 Α-淀粉酶 过氧化氢酶 碳源 Microwave-h2o2-alkaline Sludge Pretreatment Hydrolysis Acidification Protease Α-amylase Catalase Carbon Source
其他题名	Enhancement and Optimization for Hydrolysis and Acidification of Sludge Pretreated by Microwave-H2O2-Alkaline Process
学位专业	环境工程
英文摘要	目前城市污水生物处理存在两大挑战，C/N比低、碳源缺乏导致的生物脱氮效率低；污泥产率较高，产生的大量剩余污泥难以处理处置，亟需进行污泥减量化和资源化。针对以上问题，课题组将经过微波预处理的污泥上清液回流至生物反应器，研发了具有内碳源补充和源头污泥减量效果的新型污水生物处理工艺。课题组前期的研究工作表明，经过微波-过氧化氢-碱（MW-H2O2-OH）预处理后，污泥释放的易生物降解有机物少于SCOD（溶解性COD）的30%，总可生物降解有机物仅占SCOD的46%，这导致污泥释放的有机物可利用性偏低，只有一部分COD用于生物脱氮。众所周知，水解酸化过程可以将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质，小分子物质进一步转化为挥发性脂肪酸VFAs，从而增加溶解性有机物与易生物降解有机物的比例。因此，为了有效提高微波预处理污泥的利用效果和碳源的可利用性，本文将MW-H2O2-OH预处理与污泥水解酸化技术相结合，考察了水解时间、接种比例和温度对MW-H2O2-OH预处理污泥水解的影响，研究了外加水解酶和解除残留过氧化氢影响对于微波预处理污泥水解酸化强化的效果，并采用响应面分析法优化了微波预处理后污泥的水解酸化条件，并对预处理污泥上清液的碳源组成和可利用性进行了评估，从而为污泥高效资源化利用提供技术支撑。     主要结论如下： （1）明确了水解时间、接种比例和温度对MW-H2O2-OH预处理污泥水解的影响，优化确定了微波预处理后的污泥水解时间为12h，接种比例I/S(inoculum to substrate)为0.07。优化条件下(12h，I/S为0.07) SCOD、溶解性蛋白质、溶解性糖类、总VFA的浓度均随着温度的升高而增加，在65℃时达到最大。 （2）揭示了水解酶强化微波预处理污泥水解酸化的效果及其污泥上清液中有机物的变化与组成特征。虽然水解酸化能提高微波-过氧化氢-碱预处理污泥的总VFA浓度和碳源可利用性，但在水解酸化最初的2d内存在产酸滞后期，导致水解酸化时间被延长。加入中性蛋白酶和中温α-淀粉酶不仅促进了预处理后污泥的水解酸化，而且解除了微波-过氧化氢-碱预处理导致的产酸滞后现象。在55℃，I/S=0.07条件下，优化的水解酶投加量分别为30 mg •g-1（蛋白酶/总固体浓度TS）和90 mg •g-1（淀粉酶/TS），优化的水解和酸化时间分别为0.5d和4d。水解酸化4d时，30 mg •g-1（蛋白酶/ TS）组和90 mg •g-1（淀粉酶/TS）组的总VFA浓度分别为3373.39 mg •L-1(以COD计，下同）和3226.79 mg •L-1，比预处理组分别提高了82.37%、74.45%。 （3）确定了残留过氧化氢对微波预处理污泥水解酸化的抑制作用，得到了缩短产酸滞后期，强化微波预处理污泥水解酸化的方法。残留过氧化氢对MW-H2O2-OH(pH=10)预处理污泥的水解酸化有抑制作用，存在产酸滞后期。与MW-H2O2-OH(pH=10)预处理相比，MW-H2O2-OH(pH=11)预处理释放的SCOD不仅提高了19.29%，而且5d时总VFA产量显著提高了84.80%。投加过氧化氢酶（100mg•L-1）明显缩短了MW-H2O2-OH(pH=10)组和MW-H2O2-OH(pH=11)组0.5d的产酸滞后期，并提高了总VFA产量，3d时，MW-H2O2-OH(pH=10)+过氧化氢酶组、MW-H2O2-OH(pH=11)+过氧化氢酶组的总VFA浓度分别比MW-H2O2-OH(pH=10)组提高了23.61%、50.12%。     （4）在上述基础上，采用3因素3水平的响应面分析法，建立和验证了水解温度、水解酸化时间和蛋白酶投加量分别对总VFA浓度和SCOD浓度影响的回归模型，确定了优化的工艺条件为水解温度53.13℃、水解酸化时间4d、蛋白酶投加量为30.14mg•g-1（蛋白酶/总固体浓度TS，下同）。优化的水解酸化条件下，碳源中SCOD占混合液总COD（TCOD）的44.56%，总VFA、溶解性蛋白质、溶解性糖类分别占SCOD的66.42%、19.34%和6.89%，其中VFA以乙酸（35.11%）、异戊酸（20.14%）、正丁酸（19.94%）、丙酸（16.90%）为主。三维荧光光谱的分析结果表明，污泥上清液中以溶解性微生物产物类酪氨酸和类色氨酸为主。优化组的污泥上清液作为碳源时的反硝化速率（0.184gNO3--N/g VSSd）远远高于未优化组（0.065gNO3--N/gVSSd），碳源可利用性介于甲醇和乙酸钠之间，碳源可利用性较好。     综上所述，将MW-H2O2-OH预处理与污泥水解酸化技术相结合可以显著提高污泥上清液作为碳源的可利用性，可用于反硝化脱氮，可实现污泥在城市污水处理厂的减量化与资源化。
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/34359]
专题	生态环境研究中心_水污染控制实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	贾瑞来. 基于微波-过氧化氢-碱预处理的污泥水解酸化强化与优化研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015.

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