金属离子强化基于嗜热菌的污泥减量化技术的研究

论文摘要

城市污水和工业废水处理率不断提高,相应产生大量的污泥,污泥的处理处置是废水处理中必不可少的环节。用于污泥处理的费用可占污水处理厂总费用的50%之高。因此,降低污泥处理费用,以及污泥的资源化处理的研究成为当前备受关注的问题。污泥厌氧消化是指污泥中的有机物在无氧条件下被厌氧菌群分解成甲烷和二氧化碳的过程,它是目前国际上最为常用的污泥生物处理技术,同时也是大型污水处理厂最为经济的污泥处理方法。由于污泥水解缓慢,导致污泥消化通常需要很长时间,使得消化池占地面积大,保温消耗能量高,因此不经济。良好的预处理可以在较短时间内将污泥水解,从而极大缩短污泥消化时间。基于嗜热菌的嗜热酶溶解（S-TE）污泥预处理技术是在高温水解下依靠嗜热菌分泌的胞外酶来加快污泥絮体结构的溶解和微生物细胞膜及细胞壁的破解,减少污泥体积和有机质,其过程中包含热水解和嗜热酶溶解的共同作用。相比热水解、外加酶、超声波、臭氧氧化、机械破碎等预处理方法,S-TE技术更加安全、经济高效、能耗低且易于管理运行。本研究利用从土壤中采集分离出来的嗜热菌进行嗜热酶溶解（S-TE）污泥稳定化处理,同时添加五种金属离子,考察各离子对剩余污泥的高温热水解效果的影响。实验结果表明,在一定浓度范围内,五种金属离子均能强化污泥酶促反应,反应5h左右时蛋白酶和淀粉酶活力达到最大值。反应过程中,200μmol/L K+对蛋白酶活性的促进作用最为明显,5h时蛋白酶活力最高可达2.20U/mL,相比空白组提高了48.6%。K+对淀粉酶活的促进作用也最显著,实验范围内K+浓度越高促进作用越明显,400μmol/L K+情况下淀粉酶活力最大可达3.64U/mL。TSS、VSS降解相比空白组有所加强,添加400μmol/L的Ca2+,VSS去除率可达68.13%。污泥中SCOD在酶促反应前期增加明显,后期增长趋于平缓,添加Mg2+后SCOD最高可达到4590.73mg/L,相比空白组提高了12.6%。氨氮和溶解性磷酸盐的溶出受金属离子的促进作用不明显。研究表明金属离子作为嗜热菌酶催化反应中酶活性的影响因子,在一定范围内能够强化嗜热菌分泌的胞外酶活性,进而促进污泥的絮体结构和有机物质的溶解,达到强化污泥水解效果的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外污泥产量及处理概况
• 1.1.1 国外剩余污泥产量及处理概况
• 1.1.2 国内剩余污泥产量及处理概况
• 1.2 污泥的产生与性质
• 1.2.1 污泥的产生
• 1.2.2 污泥的理化性质
• 1.3 污泥的特性
• 1.4 污泥的处理与处置
• 1.4.1 污泥处理与处置的必要性
• 1.4.2 污泥处理原则及流程
• 1.4.3 污泥浓缩
• 1.4.4 污泥稳定化处理
• 1.4.5 污泥脱水
• 1.4.6 污泥的最终处置
• 1.5 S-TE污泥溶解技术的研究
• 1.5.1 污泥溶解预处理方法
• 1.5.2 S-TE溶解技术的研究
• 1.5.3 S-TE污泥溶解的发展趋势
• 1.6 金属离子在生化反应中的作用
• 1.6.1 细胞组织中的金属离子作用
• 1.6.2 金属离子在物质运输和新陈代谢中的作用
• 1.6.3 金属离子在电子传递过程中的作用
• 1.6.4 金属离子在酶反应系统中的作用
• 1.6.5 金属离子应用于污泥减量技术的研究
• 1.7 本章小结
• 第2章 金属离子强化S-TE溶解过程研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验装置和主要仪器
• 2.2.1 主要实验仪器
• 2.2.2 主要实验设备和分析仪器
• 2.3 实验方法
• 2.4 实验材料
• 2.4.1 实验污泥
• 2.4.2 金属离子
• 2.4.3 嗜热菌的培养与复壮
• 2.5 分析项目与方法
• 2.5.1 分析项目
• 2.5.2 分析方法
• 2.6 金属离子对污泥主要物质溶解变化影响
• 2.6.1 金属离子对TSS、VSS及其去除率的影响
• 2.6.2 金属离子对SCOD的影响
• 2.6.3 金属离子对氨氮的影响
• 2.6.4 金属离子对溶解性磷酸盐的影响
• 2.7 本章小结
• 第3章 金属离子对嗜热菌胞外酶活性的影响研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验装置和主要仪器
• 3.2.1 主要实验仪器
• 3.2.2 主要实验设备和分析仪器
• 3.3 实验方法
• 3.4 实验材料
• 3.4.1 实验污泥
• 3.4.2 金属离子
• 3.4.3 嗜热菌的培养与复壮
• 3.5 分析项目与方法
• 3.5.1 分析项目
• 3.5.2 分析方法
• 3.6 金属离子对蛋白酶活的影响
• 3.7 金属离子对淀粉酶活的影响
• 3.8 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录