导电介质协同沼液回流强化剩余污泥厌氧消化研究

作     者：江志峰 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赫俊国

授予年度：2023年

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）] 08[工学] 

主      题：剩余污泥 厌氧消化 零价铁 活性炭 沼液回流 

摘      要：随着厌氧消化技术的推广和应用,沼液作为厌氧消化后的副产物,沼液产量也是不可忽视,沼液原位回流至厌氧消化系统是处理沼液较为经济理想的选择,但是沼液原位回流仍存在着氨氮抑制,挥发酸抑制和难降解物质等问题。研究表明,向厌氧体系中引入导电介质可促进互营微生物之间的种间电子传递(DIET,Direct interspecies electron transfer)作用,可有效减轻厌氧消化中不利因素的影响,从而提升污泥厌氧消化产气效率。鉴于此,本研究以市政剩余污泥作为底物,设置不同的沼液回流比对污泥厌氧消化试验,探究了不同沼液回流比对污泥厌氧消化产气的影响,明确了沼液回流至厌氧消化系统的最佳回流比;探究了基于两种不同导电材料(零价铁、活性炭)协同沼液回流对污泥厌氧消化的影响。实验探究了不同沼液回流比对厌氧消化系统的影响,实验设置了六组不同的沼液回流比(0%、20%、40%、60%、80%、100%)和在最佳沼液回流基础上设置一组清水回流对污泥厌氧消化实验。两个实验分别对厌氧消化过程中产气特性、污泥电导率、金属离子形态变化等指标进行检测分析,结果表明:沼液回流比0%-60%的回流范围内产气效率随增加而增加,当回流比在60%-100%的回流范围内产气效率随回流比的增大而减小,其累计产沼气效果的排序为60%80%40%20%100%空白,60%的沼液回流对污泥厌氧消化累积产气效果最佳,累计产气量相较于空白组提高了17.81%。但是,沼液回流促进了厌氧系统中丙酸的快速生成,且回流比越大系统中的丙酸浓度越高,相较于空白组提升了13.36%-89.69%,由于厌氧消化前期系统丙酸的快速增加,导致系统丙酸积累,沼液回流前期产气效率相较于空白组受到抑制。实验探究了基于两种不同类型的导电材料零价铁、活性炭协同沼液回流对污泥厌氧消化的影响。在得出沼液最佳回流比的基础下,分别投加400目10 g/L的零价铁粉和100目10 g/L的活性炭粉以及对应的惰性材料,以及设置清水回流作为空白对照组。分析相应的产气特性、污泥电导率、金属离子形态、酶活性变化以及微生物群落等指标进行分析,结果表明:零价铁和活性炭均可促进水解酸化阶段,但是两种导电材料的促进途径不相同,零价铁协同沼液回流的主要是促进水解酸化产生更多的乙酸,为产甲烷菌提供充足的底物;而活性炭协同沼液回流主要是通过加快系统中的丙酸消耗来提升产甲烷效率,零价铁和活性炭均缓解了沼液回流的厌氧系统中丙酸积累,进而前期产气抑制的影响。零价铁和活性炭协同沼液回流可促进污泥厌氧消化的产气效果,其累计产气量相较于空白组提高了13.60%和18.07%,提高了水解酸化菌Proteobacteria的丰度,零价铁促进了氢营养型产甲烷菌Methanolinea和Methanobacterium的富集,活性炭促进了Methanobacterium的富集。研究表明,导电介质协同沼液回流能够有效强化污泥厌氧消化过程,提高产气效率,并且导电介质的投加可有效缓解沼液回流对污泥厌氧消化的负面影响。沼液资源化和污泥资源化的综合应用提出了可行性方案,具有一定的工程实践应用意义。