折流板Fenton反应器氧化生污泥对厌氧消化的影响研究

本课题按照原研究计划要点执行，并且适当补充了些相关研究内容，使得研究目标更适合于研究结果的实际应用。 课题主要针对目前污水处理领域中，剩余污泥处理成本高和资源化利用率低的问题，研究了以Fenton工艺预氧化剩余污泥以提高污泥厌氧消化产沼气量，及对于高悬浮物废水先厌氧消化以减少剩余污泥产生再以Fenton工艺预氧化剩余污泥的技术。首先设计了折流板Fenton反应器，通过引入惰性颗粒作为晶核，以减少含铁污泥产生的新型折流板Fenton反应器，达到药剂的节省和氧化处理高效的目的。试验表明：剩余污泥的固含量约为4%，初始pH值达到3.0，反应温度为 60℃，反应时间为 60min，H2O2用量为40%，Fe2 投加0.5g/L时，造纸剩余污泥的氧化破解效果最佳，此时SCOD是3306.24 mg/L，SCOD/TCOD是36.7%，VS为39.4%,VSS为2.35g/L。 调节pH至3时，硫酸的消耗量与污泥的质量比是：1：30。远小于文献所报道的2.7的临界点。所以只需对特殊污泥考虑，利用FeSO4改用Fe(NO3)2、硝酸部分替代硫酸的少硫酸盐。Fenton预处理剩余污泥后厌氧消化产沼气试验表明，29天后反应完全，总产气量852.4mL，未经Fenton预处理的原污泥厌氧消化产气只有65.4mL。 本课题同时也研究了Fenton预处理剩余污泥后，作为微生物燃料电池MFC原料产电的情况，研究结果表明：Fenton试剂破解污泥后的MFC稳态输出电压高于MFC启动期的稳态输出电压，其整个过程中，电压输出在175mV以上的总时间为140h。在输出电压到达稳定值后，当电流达到0.6mA时，输出功率密度达到最大，其值为37.5mW/m2。 对于高悬浮物(SS)废水先厌氧消化以减少污泥产生的研究，以SS平均高达32406±2734 mg/L的棕榈油废水为研究对象，试验表明，废水COD从平均71179降低到12341 mg/L，出水平均COD为3587 mg/L，COD去除效率达到94.89%。产生的沼气27.65 m3/ m3棕油废水，产气量比其它厌氧反应器 (约25 m3/ m3棕油废水) 有一定程度的增加，且所产剩余污泥量减少50%以上。 通过Fenton 预处理污泥与厌氧消化处理系统优化组合，降低污泥处理成本，提高能源回收效率，将为污泥处理和资源化利用提供了新的选择。 2100433B

针对目前污水处理领域中，剩余污泥处理成本高和资源化利用率的问题，本项目提出以Fenton工艺预氧化生污泥以提高污泥厌氧消化产沼气量的方法。通过研发折流板Fenton反应器，并引入惰性颗粒作为晶核，优化设计出能大大减少含铁污泥产生的新型折流板Fenton反应器，达到药剂的节省和氧化处理高效的目的。在此基础上，利用FeSO4改用Fe(NO3)2、硝酸部分替代硫酸的少硫酸盐Fenton工艺预氧化生污泥（包括初沉池糟渣污泥和二沉池好氧剩余污泥），探讨Fenton在最少加药量的条件下取得最佳厌氧消化产沼气效果的工艺参数。该项目的成功实施，将进一步丰富和完善现有的Fenton处理理论，为Fenton预处理技术的优化奠定理论基础；为我国的污泥处理和资源化利用提供一条切实可行的新途径。

污泥厌氧消化温度

在污泥厌氧消化过程中，温度对有机物负荷和产气量有明显影响。根据微生物对温度的适应性，可将污泥厌氧消化分为中温（一般30~36℃）厌氧消化和高温（一般50~55℃）厌氧消化。研究表明，在污泥厌氧消化过程中，温度发生±3℃变化时，就会抑制污泥消化速度；温度发生±5℃变化时，就会突然停止产气，使有机酸发生大量积累而破坏厌氧消化。

污泥厌氧消化酸碱度

研究表明，污泥厌氧消化系统中，各种细菌在适应的酸碱度 范围内，只允许在中性附近波动。微生物对pH的变化非常敏感。水解与发酵菌及产氢、产乙酸菌适应的pH范围为5.0~6.5，甲烷菌适应的pH范围为6.6~7.5。如果水解酸化和乙酸化过程的反应速度超过甲烷化过程速度，pH就会降低，从而影响产甲烷菌的生活环境，进而影响污泥厌氧消化效果，然而，由于消化液的缓冲作用，在一定范围内避免这种情况的发生。

消化液是污泥厌氧消化过程血红有机物分解而产生的，其中含有除了CO₂和NH₃外，还有以NH₄NCO₃形态的NH₄ ，HCO₃^-和H₂CO₃形成缓冲体系，平衡小范围的酸碱波动。如下：

H HCO₃^- →H₂CO₃

污泥厌氧消化有毒物质浓度

在污泥厌氧消化中，每一种所谓有毒物质是具有促进还是抑制甲烷菌生长的作用，关键在于它们的毒阈浓度。低于毒阈浓度，对甲烷菌生长有促进作用；在毒阈浓度范围内，有中等抑制作用，随浓度逐渐增加，甲烷菌可被驯化；超过毒阈上限。则对微生物生长具有强烈的抑制作用。

经厌氧消化后污泥仍含有许多弱稳定化合物，限制了污泥后续的土地及资源化利用，仍需进一步稳定化处理。许多研究证实采用好氧工艺可强化厌氧消化污泥的深度稳定，减少污泥量，然而对其稳定机理尚无系统研究。污泥经厌氧消化处理后有机物和微生物组成发生了显著变化，必然存在特有的好氧稳定机制。本项目以弱稳定化合物为主要研究对象，首先采用多种光谱和质谱技术，分析好氧处理前后厌氧消化污泥中各物质的变化情况，以阐明弱稳定化合物的化学特征和含量分布；然后基于平行因子法、二维相关光谱分析和稳定同位素标记法，探讨好氧稳定过程中弱稳定化合物的迁移转化规律，并以类腐殖质为代表，研究此过程中稳定化物质的形成规律；最后采用高通量测序和定量PCR技术，探讨好氧稳定过程中微生物群落结构和种群密度变化，并结合多元回归分析，探究微生物群落演替与弱稳定化合物深度稳定的作用关系。本项目的实施对厌氧消化污泥深度稳定技术的发展具有重要理论意义。