论文部分内容阅读
污泥蛋白质回收已成为市政污泥资源化的有效途径之一,研究其提取残液的产沼气强化技术不仅可助力市政污泥蛋白质提取技术的应用进程,也可为化工、食品行业高硫酸根和高碳氮比废水的厌氧生物处理提供有益参考。本研究以含硫酸盐、高碳氮比的市政污泥蛋白质提取残液为研究对象,研究铁及螯合剂添加强化其厌氧产沼气的效果,优化添加种类及剂量,并通过产沼气过程中关键酶活性、COD去除、硫酸盐还原、微量金属元素形态等的变化研究,初步分析强化机理。主要研究结果如下:（1）热碱水解残渣的添加可提高蛋白质提取残液的初始pH,进而促进体系的产沼气过程,并且在一定浓度范围内,累积产气率随着热碱水解残渣添加量的升高而增加。当添加30%（wt）热碱水解残渣时,体系初始pH为7.6,累积产气率较高,达87.6 mL/gCOD,产气速率也较大,达6.3 mL/（gCOD·d）。同时,COD去除率升高到63.1%,而硫酸根去除率则降低到66.16%。利用蛋白质提取残液厌氧产沼气是可行的。（2）适量添加铁及其螯合剂可显著促进高碳氮比、含硫酸根的蛋白质提取残液的产沼气过程。当添加40 mg/L Fe0时,累积产气率最高,达177.7 mL/gCOD。当添加20 mg/L Fe2+时,累积产气率最高,达156.2 mL/gCOD。在此基础上继续提高添加量,体系产沼气效果不升反降。10μmol/L NTA最经济有效,累积产气率达150.4mL/gCOD。当同时添加10μmol/L NTA和40 mg/L Fe0时,累积产气率则进一步升高到195.5 mL/gCOD,此时,COD去除率最高,达73.29%,硫酸盐还原抑制效果液最为明显,硫酸根去除率仅为19.47%。（3）与体系产气率及底物降解率的变化趋势一致,铁及其螯合剂的添加使得厌氧过程相关酶活性显著提高,硫酸盐还原菌相关酶亚硫酸盐还原酶活性显著降低。与空白对照组相比,当添加10μmol/L NTA+40 mg/L Fe0时,产甲烷菌相关酶β-葡萄糖苷酶、BAA-蛋白水解酶、乙酸激酶、磷酸转乙酰酶、氢化酶和辅酶F420活性分别提高了2.53、0.46、1.62、2、4.16、4倍,亚硫酸盐还原酶活性降低了2.10倍。铁及其螯合剂的添加在促进产沼气的同时,提高了底物的降解率,且其促进效果与产气率的变化趋势一致,多糖的降解率始终高于蛋白质。（4）铁及其螯合剂对体系水解酸化过程具有显著促进作用,添加10μmol/L NTA+40mg/L Fe0对体系水解酸化的促进效果最好,这与铁及其螯合剂对体系最终蛋白质、多糖降解率和累积产气率变化一致。铁及其螯合剂的添加使得在反应第6天,挥发性脂肪酸含量显著提升,这说明体系酸化过程得到强化,丁酸、戊酸等有机酸浓度显著降低,乙酸、丙酸等有机酸浓度显著提升,乙酸浓度的提升效果尤为明显。当添加10μmol/L NTA+40 mg/L Fe0后,乙酸浓度最高,达0.50 g/L,与空白对照组相比,提升了4倍。此外铁及其螯合剂的添加使得体系ORP显著降低。其中,添加40 mg/L Fe0最低,达﹣343 mV。脱氢酶出现峰值的时间提前到第4天,当添加40 mg/L Fe0后,体系第4天脱氢酶活性最高,达310.88 U/gVSS,提升了256.22%。产期高峰提前,为68天,当添加40 mg/L Fe0、10μmol/L NTA+40 mg/L Fe0的实验组在第4天就达到较高的产气率,分别为23.1和19.3 m L/gCOD,相比于空白对照组,提升了77.69%和48.46%。在空白对照组的厌氧污泥中,Fe主要以可交换态、硫化物态、剩余态存在。铁及其螯合剂的添加使得微量元素由不稳定态向稳定态转化。