钙基化合物调控剩余污泥厌氧发酵提高LDHs提取SCFAs效率

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污泥厌氧发酵液中含有高浓度短链脂肪酸(Short Chain Fatty Acids,SCFAs),可作为污水生物脱氮反硝化所需碳源。但是厌氧发酵液中含有大量氨氮,直接投加至反硝化体系中,会增加污水脱氮负荷以及降低碳源利用效率。课题组前期利用模拟发酵液体系,通过在发酵液中合成层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides,LDHs),成功提取了发酵液中的SCFAs,实现C与N的分离,并将SCFAs-LDH作为外加碳源用于反硝化脱氮。然而,在实际发酵液体系中有大量无机干扰阴离子(CO32-和PO43-),比SCFAs更容易插层进入LDHs,对SCFAs的提取形成干扰。此外,剩余污泥厌氧发酵产酸效率不高也直接影响SCFAs的提取效率。针对LDHs提取厌氧发酵液中SCFAs效率低的问题,本文创新性地提出利用钙基化合物(过氧化钙和混碱)调控剩余污泥厌氧发酵提高LDHs提取SCFAs效率的构想。通过过氧化钙预处理剩余污泥厌氧发酵,考察了在发酵过程中过氧化钙对污泥产酸效率的促进作用,对无机干扰阴离子的去除情况以及对LDHs提取SCFAs效率的提升机理;通过氢氧化钠和氢氧化钙混合碱调控剩余污泥碱性发酵,研究混碱对污泥产SCFAs和无机干扰阴离子释放的影响,以及对比了不同发酵液中SCFAs的提取效率。主要研究内容和结果如下:(1)通过钙预处理厌氧发酵液,研究了去除发酵液中碳酸根的最适条件。当发酵液p H调节至12,钙投加量为0.06 mol/L时,发酵液中碳酸根的去除率最高,达到76.6%。通过共沉淀法合成LDHs分别提取了钙预处理组和空白组发酵液中SCFAs,结果表明,SCFAs-LDH-Ca层间SCFAs含量达到46.5 mg COD/g LDH,是对照组SCFAs-LDH的4.5倍,说明钙预处理厌氧发酵液能减轻碳酸根对SCFAs插层LDHs的干扰,提高了LDHs提取SCFAs效率。(2)通过投加0.3 g/g VSS的Ca O2预处理剩余污泥,SCFAs产量最高,达到271.1 mg COD/g VSS,是对照组SCFAs产量(180.7 mg COD/g VSS)的1.5倍。与此同时,相比于空白对照组,过氧化钙预处理组的PO43-去除率为85.3%,CO32-去除率为90.8%。然后,原位合成LDHs分别提取过氧化钙预处理组和空白对照组发酵液中SCFAs,结果表明,SCFAs-LDH-Ca O2层间SCFAs含量达到26.6 mg COD/g LDH,相比于对照组的19.0 mg COD/g LDH,Ca O2预处理组SCFAs提取效率提高了39.3%。最后评估了SCFAs-LDH-Con和SCFAs-LDH-Ca O2作为外加碳源用于污水脱氮的成本,SCFAs-LDH-Con费用为2.1 Renminbi/m3,而SCFAs-LDH-Ca O2的费用仅为0.9 Renminbi/m3,可节省57.0%费用。(3)通过氢氧化钠和氢氧化钙混合体积比例为25/75的碱性剂调控剩余污泥碱性发酵,对比了空白对照组和混碱调控组各自SCFAs产量和无机干扰阴离子去除情况。结果发现,空白对照组SCFAs产量为156.3 mg COD/g VSS,而混碱调控组产酸相比于空白对照组提高了57.5%,达到了246.1 mg COD/g VSS。同时,相比于空白对照组,混碱调控组磷酸根去除率达到99.4%,碳酸根去除率为71.9%。原位合成LDHs提取两种不同体系发酵液中SCFAs,SCFAs-LDH-Mixture层间SCFAs含量达到52.3 mg COD/g LDH,是空白对照组18.9 mg COD/g LDH的2.8倍,表明混碱调控剩余污泥能提高LDHs提取SCFAs效率。
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