嗜熱酶水解(s-TE)法預處理污泥產氫研究.pdf

1、城市污水處理過程中產生的剩余污泥數量非常巨大，若未經妥善處理會帶來嚴重的環(huán)境問題。剩余污泥主要成分是細菌等微生物，含有大量糖、蛋白質和脂肪等有機質，是一種可利用的資源。氫氣是一種高熱值、無污染的理想燃料，同時具有來源廣泛的優(yōu)點，可通過經濟而環(huán)境友好的生物法制取。目前已有許多研究采用各種有機廢水和廢棄物進行厭氧發(fā)酵產氫，在降解有機物污染的同時獲取能源。氫氣是厭氧發(fā)酵過程中的一種重要中間產物，通常在產生后很快便被產甲烷菌等消耗。污泥中多數有

2、機物都存在于微生物細胞中，微生物的細胞壁限制了污泥有機物的溢出，使有機物不能被產氫菌利用。因此發(fā)酵產氫中的接種污泥需要經過一定的預處理，以殺死消耗氫氣的產甲烷菌并破解細胞壁、釋放出更多的有機物質，從而獲得更好的產氫效果?；谖⑸镫[性生長的生物嗜熱酶水解(Solubilization by Thermophilic Enzyme，S-TE)技術，相對傳統(tǒng)的物理、化學預處理方法更經濟高效、安全，而且能耗低、易于運行控制，結合后續(xù)工藝不僅可

3、以實現(xiàn)污泥的“零排放”，還可同時增加生物氣產量，應用前景良好。本論文在國內外污泥發(fā)酵產氫最新研究成果基礎上，對S-TE預處理進行了較為系統(tǒng)的研究。
　　 以海水養(yǎng)殖場有機廢棄物為底物，比較了經過嗜熱酶(S-TE)、酸、堿、滅菌、微波不同預處理的污泥厭氧發(fā)酵產氫能力的不同。結果顯示，滅菌預處理污泥產氫效果最好，產氫率為22.0 mL/g VSS，酸處理的效果最差，產氫率為7.6 mL/gVSS。對發(fā)酵過程底物的變化(SCOD、可溶

4、性蛋白質、可溶性糖、pH、揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)和乙醇)進行分析，得出以下結論：可溶性糖為發(fā)酵產氫主要的營養(yǎng)來源，在其大量消耗之后，氫氣不再產生。發(fā)酵過程中產生的VFAs主要成分是乙酸，在發(fā)酵后期出現(xiàn)乙醇，表示發(fā)酵出現(xiàn)溶劑化現(xiàn)象。接種S-TE預處理污泥的底物能更多地釋放營養(yǎng)物質，并在整個發(fā)酵過程中保持較穩(wěn)定的pH值。
　　 研究了不同S-TE預處理條件對污泥發(fā)酵產氫的影響。結果表明，污泥經65℃處理8 h熱處理產氫效果最好，產

5、氫率達到了30.8 mL/g VSS，延長處理時間會使污泥的氫產率在一定程度上降低。當S-TE處理污泥的起始pH值為6.0時，污泥的產氫率為33.8 mL/g VSS，升高或降低污泥的起始pH值，都會使污泥的產氫率降低。當污泥VSS濃度為11.23 g/L時，單位體積污泥產氫量最大，達到50.8 mL/L。
　　 為更好地發(fā)揮S-TE預處理污泥發(fā)酵產氫優(yōu)勢，以S-TE預處理污泥為發(fā)酵底物，針對pH、C/N、C/P、Fe2+進行4

6、因素9水平均勻設計實驗，得出發(fā)酵條件與S-TE預處理污泥產氫率之間的回歸方程，方程的因變量與全體自變量之間的回歸效果顯著，可用作對試驗分析及預測。研究結果說明初始pH、C/N、C/P、Fe2+濃度這4種因素對于產氫結果存在交互影響，而非各自獨立地作用于產氫過程。根據回歸方程計算可知，pH取6.4，C/N取38，C/P取265，F(xiàn)e2+取85 mg/L時，產氫率值最大，產氫效果最好，達到68.4 mL/g VSS。初始pH值對于發(fā)酵產氫過