纳米零价铁协同过碳酸盐强化剩余污泥厌氧发酵性能研究

作     者：金宝丹 贾宇升 邓伟玲 古家宇 王家城 刘叶 王保贵 吉建涛 

作者机构：郑州轻工业大学材料与化学工程学院 中原环保股份有限公司 郑州大学生态与环境学院 

出 版 物：《工程科学与技术》 (Advanced Engineering Sciences)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081703[工学-生物化工] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0836[工学-生物工程] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(42007340) 河南省科学技术厅科技攻关项目(232102321058,232102321051) 

主　　题：剩余污泥 厌氧发酵 纳米零价铁(nZVI)协同过碳酸钠(SPC) 生物酶 功能菌群 

摘      要：剩余污泥是城市污水处理厂副产物，严重影响污水处理厂运行及环境安全。污泥厌氧发酵是最常见的剩余污泥处理处置技术，能够实现剩余污泥减量及资源化目的。本研究以城市污水处理厂剩余污泥为研究对象，考察纳米零价铁（nZVI）协同过碳酸盐（SPC）强化污泥厌氧发酵性能的可行性，并揭示其发酵机理，探究其最佳发酵条件。nZVI水解产物Fe2+和Fe3+可与SPC水解产物H2O2协同形成Fenton体系或类Fenton体系。此外，Fe2+和Fe3+作为催化剂，能够有效促进H2O2的分解，产生大量羟基自由基（·OH），氧化降解有机物，进而提高污泥发酵性能。研究结果揭示：nZVI协同SPC对污泥厌氧发酵系统水解酸化性能具有显著的影响，蛋白质随着nZVI投加先增加后降低，多糖随着nZVI增加而增大。挥发性短链脂肪酸（SCFAs）随着nZVI投加先增加后降低，其中F3发酵系统（0.2g SPC/g TSS+30 mg nZVI/g TSS）中SCFAs最大为1214.24 mg COD/L，且乙酸含量占比最高达到61.49%。同时发现，与其他3个发酵系统相比，F3发酵系统中较低的PO43--P浓度证实其先进性。nZVI对协同发酵系统中生物酶具有较大的影响。蛋白酶活性随着nZVI的增加而降低，F1发酵系统（0.2g SPC/g TSS+10 mg nZVI/g TSS）中蛋白酶活性最大，而α-葡萄糖苷酶、乙酸激酶、丁酸激酶、脱氢酶和超氧化物酶活性均随着nZVI的增加而增大。同时发现，nZVI协同SPC系统促进Proteiniclasticum、Christensenellaceae＿R-7、Petrimonas、Macellibacteroides等功能微生物富集，保证发酵系统较高的水解酸化性能，实现SCFAs的高效积累，为拓展污泥处理处置提供新的了新思路和理论基础。