论文部分内容阅读
剩余污泥是污水处理过程中的附属产物。随着污水处理能力的显著提高,剩余污泥的产量也随之迅速增加。厌氧消化技术具有减少污泥体积、稳定污泥性质、提高污泥脱水效果及回收清洁能源(甲烷)等优点,被广泛运用于剩余污泥的处理处置。电子传递效率是决定剩余污泥厌氧消化产甲烷性能的重要因素之一。虽然添加固体导电物质可有效促进种间直接电子传递,但其价格较为昂贵,而且容易造成二次污染,不适合大规模的推广应用。胞外聚合物(Extracellular Polymer Substances,EPS)是微生物自身分泌的物质的总称,含有细胞色素C及腐殖质等氧化还原活性物质,具有促进种间电子传递的潜能。目前尚未有相关研究探究EPS添加对污泥厌氧消化产甲烷性能的影响。本论文以剩余污泥为研究对象,选取EPS为外源氧化还原活性物质,探究EPS添加对污泥厌氧消化产甲烷性能的影响,阐明这个过程中EPS的角色和功能,并将其应用于电发酵过程。主要研究内容和结果如下:(1)EPS添加能够显著提高污泥厌氧消化系统产甲烷性能,甲烷产生量比不添加EPS的反应器提高了82.9%。电化学的实验结果表明,EPS的添加能够增加反应体系中核黄素和细胞色素C的含量及降低电荷传递电阻,提高电子转移的能力。此外,EPS的添加能够促进反应体系中Hydrogenophag和Methanosaeta菌属丰度的增加,提高系统利用氢气产甲烷的性能。(2)EPS的添加能够促进污泥厌氧消化增溶水解过程,从而导致可溶性蛋白质及蛋白酶的活性分别提高了42.8%和8.9%;在产酸阶段,EPS的添加促进不同底物(氨基酸及葡萄糖)向乙酸及丙酸的转化;此外,EPS的添加能影响乙酸型代谢过程中乙酸转化成乙酰磷酸盐、乙酸转化成乙酰辅酶A以及乙酰辅酶A转化成5-甲基-THMPT的过程,而且乙酸型产甲烷与氢型产甲烷过程中功能基因mcrA的丰度显著提高。(3)在电发酵系统中,添加EPS能够促进电发酵系统的产甲烷性能。最适的电势及EPS投加量分别为-0.8 V及0.5 g/L。电化学实验结果表明,EPS的添加导致电发酵反应器具有更高的氧化还原活性物质浓度及更大的电容,这有利于促进种间电子传递。微生物群落分析结果表明,EPS的添加能够增加阳极生物膜的厚度,且增加反应体系中Methanosarcina、Clostridium和Syntrophobacter的相对丰度。此外,EPS添加导致电发酵系统的甲烷能效及经济效益分别提高1.55倍及1.68倍。总之,EPS添加能够增强厌氧消化体系的电化学活性,显著促进污泥厌氧发酵产甲烷过程。这将为改善污泥厌氧消化产甲烷性能提供新的思路,有利于厌氧消化技术的推广应用。