酶溶剩余污泥发酵产酸效能与机制研究

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1、博士学位论文酶溶剩余污泥发酵产酸效能与机制研究VOLATILEFATTYACIDSPRODUCTIONPERFORMANCEANDMECHANISMFROMWASTEACTIVATEDSLUDGEFERMENTATIONBOOSTEDBYENZYMOLYSIS辛晓东哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：X705学校代码：10213国际图书分类号：628.4密级：公开工学博士学位论文酶溶剩余污泥发酵产酸效能与机制研究博士研究生：辛晓东导师：赫俊国教授副导师：邱微副教授申请学位：工学博士学科：市政工程所在单位：环境学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Class

2、ifiedIndex:X705U.D.C:628.4DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringVOLATILEFATTYACIDSPRODUCTIONPERFORMANCEANDMECHANISMFROMWASTEACTIVATEDSLUDGEFERMENTATIONENHANCEDBYENZYMOLYSISCandidate：XiaodongXinSupervisor：Prof.JunguoHeDeputysupervisor：ViceProf.WeiQiuAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngin

3、eeringSpeciality：MunicipalEngineeringAffiliation：Sch.ofEnviron.DateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要传统污水生物处理工艺将污染物以微生物有机质的形式转移赋存至剩余污泥中，以实现水体的去污染化。因此剩余污泥中富含大量有机碳源，污泥固相中有机质组分在60%以上，可回收利用潜力巨大。但当前剩余污泥的处理成本占到污水处理工艺总成本的20-50%，如何实现剩余污泥的快速处理及资源化，以实现剩余污泥处理

4、的经济效益、社会效益和环保效益的最大化，成为当前及今后污泥处理领域的热点课题。本研究针对传统剩余污泥水解时间较长、厌氧发酵资源化效率较低等问题，开展利用生物酶对剩余污泥快速溶胞与水解研究，促进污泥固相颗粒溶解化，探究污泥酶溶胞水解效能；研究酶溶污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFA）的效能与微生物作用机制，分析产酸影响因素对VFA积累的影响作用及其与产酸微生物群落的关系，提高酶溶污泥有机质向VFA的转化效率；通过外碳源污泥调质调整发酵底物C/N比，强化酶溶污泥发酵产VFA的效能，实现VFA的高效快速积累。为促进剩余污泥固体有机质向液相的溶解化，研究利用溶菌酶、蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶及

5、其复合对剩余污泥进行溶胞预水解，结果表明，四种单一酶中，溶菌酶对剩余污泥有机质的溶出效果最佳，在酶投量水平5-15%（酶投质量比，w/w）、酶溶反应240min条件下，剩余污泥上清SCOD迅速升高至3950-5660mg/L范围；在酶溶反应180min内，而复合生物酶（四酶混合，质量比为1:1:1:1）在酶投量水平5-15%（w/w）时，污泥上清液溶解态COD含量从初始200mg/L左右迅速升高至6600-9100mg/L范围，并且高于四种单一酶对剩余污泥有机质的溶出SCOD之和，表明复合酶较单一酶对剩余污泥具有更佳的有机质溶出效果。受污泥蛋白介导的生物絮凝作用，污泥颗粒粒径增大，

6、污泥的分布扩散系数（DSI）升高；EEM光谱显示色氨酸类蛋白物质和简单芳香族类蛋白物质是污泥颗粒酶溶后液相中存在的主要蛋白，对污泥可生物降解性能的提升有重要贡献。污泥固相微生物群落结构受酶溶作用影响明显变化，酶溶作用能够降低剩余污泥微生物的多样性，并可引起污泥固相微生物群落均匀度升高。研究了生物酶酶溶污泥的发酵产VFA的效能与微生物作用机制。研究中考察了不同发酵温度对酶溶污泥发酵产酸效能的影响，高温发酵过程中VFA的积累量高于中温和常温发酵过程，在高温发酵的第4-6天，VFA含量快速积累至3200-3500mg/L水平，其中乙酸、丁酸含量分别达到1000-1200mgCOD/L和8

7、00-1100mgCOD/L，在混合VFA中占优势地位；分析了固体停留时间（SRT）对发酵产VFA的影响，SRT为8天时酶溶污泥厌氧发酵VFA积累量（4000-4200mgCOD/L）微高于其余SRT（11-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文天和6天）下VFA积累量（在3500-4100mgCOD/L范围），延长停留时间没有进一步提升VFA产生量。发酵温度、固体停留时间等主要影响因素对发酵微生物群落演替有显著影响，发酵体系微生物多样性的升高、低均匀度的分布对VFA的快