折流板Fenton反應器氧化生污泥對厭氧消化的影響研究

本課題按照原研究計劃要點執(zhí)行，并且適當補充了些相關研究內容，使得研究目標更適合于研究結果的實際應用。 課題主要針對目前污水處理領域中，剩余污泥處理成本高和資源化利用率低的問題，研究了以Fenton工藝預氧化剩余污泥以提高污泥厭氧消化產(chǎn)沼氣量，及對于高懸浮物廢水先厭氧消化以減少剩余污泥產(chǎn)生再以Fenton工藝預氧化剩余污泥的技術。首先設計了折流板Fenton反應器，通過引入惰性顆粒作為晶核，以減少含鐵污泥產(chǎn)生的新型折流板Fenton反應器，達到藥劑的節(jié)省和氧化處理高效的目的。試驗表明：剩余污泥的固含量約為4%，初始pH值達到3.0，反應溫度為 60℃，反應時間為 60min，H2O2用量為40%，F(xiàn)e2 投加0.5g/L時，造紙剩余污泥的氧化破解效果最佳，此時SCOD是3306.24 mg/L，SCOD/TCOD是36.7%，VS為39.4%,VSS為2.35g/L。 調節(jié)pH至3時，硫酸的消耗量與污泥的質量比是：1：30。遠小于文獻所報道的2.7的臨界點。所以只需對特殊污泥考慮，利用FeSO4改用Fe(NO3)2、硝酸部分替代硫酸的少硫酸鹽。Fenton預處理剩余污泥后厭氧消化產(chǎn)沼氣試驗表明，29天后反應完全，總產(chǎn)氣量852.4mL，未經(jīng)Fenton預處理的原污泥厭氧消化產(chǎn)氣只有65.4mL。 本課題同時也研究了Fenton預處理剩余污泥后，作為微生物燃料電池MFC原料產(chǎn)電的情況，研究結果表明：Fenton試劑破解污泥后的MFC穩(wěn)態(tài)輸出電壓高于MFC啟動期的穩(wěn)態(tài)輸出電壓，其整個過程中，電壓輸出在175mV以上的總時間為140h。在輸出電壓到達穩(wěn)定值后，當電流達到0.6mA時，輸出功率密度達到最大，其值為37.5mW/m2。 對于高懸浮物(SS)廢水先厭氧消化以減少污泥產(chǎn)生的研究，以SS平均高達32406±2734 mg/L的棕櫚油廢水為研究對象，試驗表明，廢水COD從平均71179降低到12341 mg/L，出水平均COD為3587 mg/L，COD去除效率達到94.89%。產(chǎn)生的沼氣27.65 m3/ m3棕油廢水，產(chǎn)氣量比其它厭氧反應器 (約25 m3/ m3棕油廢水) 有一定程度的增加，且所產(chǎn)剩余污泥量減少50%以上。 通過Fenton 預處理污泥與厭氧消化處理系統(tǒng)優(yōu)化組合，降低污泥處理成本，提高能源回收效率，將為污泥處理和資源化利用提供了新的選擇。 2100433B

針對目前污水處理領域中，剩余污泥處理成本高和資源化利用率的問題，本項目提出以Fenton工藝預氧化生污泥以提高污泥厭氧消化產(chǎn)沼氣量的方法。通過研發(fā)折流板Fenton反應器，并引入惰性顆粒作為晶核，優(yōu)化設計出能大大減少含鐵污泥產(chǎn)生的新型折流板Fenton反應器，達到藥劑的節(jié)省和氧化處理高效的目的。在此基礎上，利用FeSO4改用Fe(NO3)2、硝酸部分替代硫酸的少硫酸鹽Fenton工藝預氧化生污泥（包括初沉池糟渣污泥和二沉池好氧剩余污泥），探討Fenton在最少加藥量的條件下取得最佳厭氧消化產(chǎn)沼氣效果的工藝參數(shù)。該項目的成功實施，將進一步豐富和完善現(xiàn)有的Fenton處理理論，為Fenton預處理技術的優(yōu)化奠定理論基礎；為我國的污泥處理和資源化利用提供一條切實可行的新途徑。

污泥厭氧消化溫度

在污泥厭氧消化過程中，溫度對有機物負荷和產(chǎn)氣量有明顯影響。根據(jù)微生物對溫度的適應性，可將污泥厭氧消化分為中溫（一般30~36℃）厭氧消化和高溫（一般50~55℃）厭氧消化。研究表明，在污泥厭氧消化過程中，溫度發(fā)生±3℃變化時，就會抑制污泥消化速度；溫度發(fā)生±5℃變化時，就會突然停止產(chǎn)氣，使有機酸發(fā)生大量積累而破壞厭氧消化。

污泥厭氧消化酸堿度

研究表明，污泥厭氧消化系統(tǒng)中，各種細菌在適應的酸堿度 范圍內，只允許在中性附近波動。微生物對pH的變化非常敏感。水解與發(fā)酵菌及產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸菌適應的pH范圍為5.0~6.5，甲烷菌適應的pH范圍為6.6~7.5。如果水解酸化和乙酸化過程的反應速度超過甲烷化過程速度，pH就會降低，從而影響產(chǎn)甲烷菌的生活環(huán)境，進而影響污泥厭氧消化效果，然而，由于消化液的緩沖作用，在一定范圍內避免這種情況的發(fā)生。

消化液是污泥厭氧消化過程血紅有機物分解而產(chǎn)生的，其中含有除了CO₂和NH₃外，還有以NH₄NCO₃形態(tài)的NH₄ ，HCO₃^-和H₂CO₃形成緩沖體系，平衡小范圍的酸堿波動。如下：

H HCO₃^- →H₂CO₃

污泥厭氧消化有毒物質濃度

在污泥厭氧消化中，每一種所謂有毒物質是具有促進還是抑制甲烷菌生長的作用，關鍵在于它們的毒閾濃度。低于毒閾濃度，對甲烷菌生長有促進作用；在毒閾濃度范圍內，有中等抑制作用，隨濃度逐漸增加，甲烷菌可被馴化；超過毒閾上限。則對微生物生長具有強烈的抑制作用。

經(jīng)厭氧消化后污泥仍含有許多弱穩(wěn)定化合物，限制了污泥后續(xù)的土地及資源化利用，仍需進一步穩(wěn)定化處理。許多研究證實采用好氧工藝可強化厭氧消化污泥的深度穩(wěn)定，減少污泥量，然而對其穩(wěn)定機理尚無系統(tǒng)研究。污泥經(jīng)厭氧消化處理后有機物和微生物組成發(fā)生了顯著變化，必然存在特有的好氧穩(wěn)定機制。本項目以弱穩(wěn)定化合物為主要研究對象，首先采用多種光譜和質譜技術，分析好氧處理前后厭氧消化污泥中各物質的變化情況，以闡明弱穩(wěn)定化合物的化學特征和含量分布；然后基于平行因子法、二維相關光譜分析和穩(wěn)定同位素標記法，探討好氧穩(wěn)定過程中弱穩(wěn)定化合物的遷移轉化規(guī)律，并以類腐殖質為代表，研究此過程中穩(wěn)定化物質的形成規(guī)律；最后采用高通量測序和定量PCR技術，探討好氧穩(wěn)定過程中微生物群落結構和種群密度變化，并結合多元回歸分析，探究微生物群落演替與弱穩(wěn)定化合物深度穩(wěn)定的作用關系。本項目的實施對厭氧消化污泥深度穩(wěn)定技術的發(fā)展具有重要理論意義。