【摘 要】
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污泥厌氧消化产短链脂肪酸（SCFAs）和甲烷是实现污泥稳定化、资源化的重要途径。其中,高温厌氧消化能够对能源实现大幅度回收同时降低后续污泥的处理成本,相较于中温厌氧消化可以获得更高的SCFAs和甲烷产量。零价铁（ZVI）作为一种易获取且价格低廉的还原性物质,可以提高体系中污泥的可生化性能、保持系统的稳定,从而有效促进厌氧消化过程,已获得人们的广泛关注。本课题首次将ZVI引入高温厌氧消化过程,分别建
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污泥厌氧消化产短链脂肪酸（SCFAs）和甲烷是实现污泥稳定化、资源化的重要途径。其中,高温厌氧消化能够对能源实现大幅度回收同时降低后续污泥的处理成本,相较于中温厌氧消化可以获得更高的SCFAs和甲烷产量。零价铁（ZVI）作为一种易获取且价格低廉的还原性物质,可以提高体系中污泥的可生化性能、保持系统的稳定,从而有效促进厌氧消化过程,已获得人们的广泛关注。本课题首次将ZVI引入高温厌氧消化过程,分别建立了ZVI强化高温厌氧消化产SCFAs与甲烷体系,有效提高了目标产物的产量,在此基础上深入探究其机理,并联系实际,建立一种新型污水处理厂运行模式,初步探究其经济可行性及应用潜力。在ZVI强化高温厌氧产SCFAs体系中,最佳ZVI投加量为5 g/L时,SCFAs产量可达455.84 mg COD/g VSS,同时优化了SCFAs种类结构。机理研究表明,投加ZVI主要是促进了高温厌氧体系中污泥细胞增溶作用,提高了生物可生化性能;且对体系产氢产乙酸过程促进效果明显,利于高浓度SCFAs积累;ZVI各水解产物中,Fe2+起主要作用,Fe3+主要在降解难溶性物质方面起作用。在ZVI强化高温厌氧产甲烷体系中,通过生物产甲烷潜能（BMP）实验,最佳ZVI投加量为5 g/L时甲烷产量相比对照组提升51.64%;一级动力学拟合发现投加ZVI主要提高了高温厌氧消化过程的产甲烷势能而对水解系数k影响不大。机理研究表明:投加ZVI主要是促进了高温厌氧体系中污泥细胞增溶作用,对体系水解过程影响较小,避免了酸物质的积累;且产甲烷相关酶活性增强,提升了甲烷气的产量;ZVI各水解产物中,Fe2+主要在高温厌氧消化前期对产甲烷过程起到促进作用,Fe3+则主要在后期发挥主要作用。微生物群落分析表明,投加ZVI对高温厌氧体系中菌群进行了选择优化且提高了系统的冲击耐受能力。投加ZVI使产酸体系中Actinobacteria和Pr ote obac ter ia相对丰度分别由9.65%、23.73%上升到11.79%、31.07%;在产甲烷体系中投加ZVI更好的提高了嗜热菌对该体系的适应能力;古菌只在产甲烷体系中检出,ZVI促使古菌种群中Methanosarcina相对丰度由9.12%升高到13.31%,从而加速有机酸的利用,维持系统稳定从而具有较高的甲烷产量。经济分析表明,新运行模式下ZVI强化高温厌氧消化体系是经济可行的,与传统运行模式相比,体系产生的SCFAs和甲烷可以用于碳源补充及能量供给,有效节省了水厂运行费用,具有较大的应用潜力。
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