污泥熱水解結合高溫厭氧消化技術小試試驗及其產甲烷菌群落結構多樣性研究

【摘要】：隨著國家對環(huán)境污染治理的日益重視,城市污水廠的數(shù)量和規(guī)模不斷增長,隨之產生的污泥量也日益增多。污泥中含有豐富的有機質和氮、磷等植物營養(yǎng)性元素,但同時也含有重金屬、致病菌等有毒有害物質,對污泥進行合理的處理處置已成為亟待解決的重要問題。厭氧消化是目前應用最廣泛的污泥穩(wěn)定化、資源化方法,隨著國家可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保法規(guī)的相繼出臺,該技術將有更加廣闊的發(fā)展前景。本文以青島市某污水處理廠的初沉污泥和剩余污泥為研究對象,結合CambiTM新型熱水解預處理(Thermal Hydrolysis Pre-Treatment—THP)技術,進行污泥熱水解預處理后高溫厭氧消化的小試試驗,考察THP預處理技術對污泥高溫厭氧消化性能的影響,同時結合分子微生物學技術,從微觀角度對熱水解結合高溫厭氧消化污泥中產甲烷菌的群落結構進行研究。本文的主要研究結論如下:(1)污泥經THP預處理后,平均粒徑變小,有機質釋放,有利于后續(xù)厭氧消化處理效率的提高。初沉污泥經過THP處理之后,污泥中大顆粒的有機物被水解成為小顆粒或小分子易降解的有機物,平均粒徑由233.37μm縮小至129.17μm;剩余污泥經過THP處理之后,污泥中的有機物質得到有效的溶出,平均粒徑由44.66μm縮小至9.07μm;經過THP處理后初沉污泥和剩余污泥的SCOD、溶解性碳水化合物和溶解性蛋白質的含量分別是處理前的13、95、19倍和29、45、19倍,污泥中溶解性有機物的含量得到提高。(2)THP熱水解可以有效改善污泥厭氧消化的產氣性能,提高厭氧消化的產氣量。THP熱水解在不同反應溫度對高溫厭氧消化產氣性能的影響表明:53℃條件下Pt(經過熱水解的初沉污泥)較P(初沉污泥)、Wt(經過熱水解的剩余污泥)較W(剩余污泥)厭氧消化單位VS累計產氣量分別提高了21.93%和33.12%,P:Wt(1:3)和Pt:Wt(1:3)較P:W(1:3)的厭氧消化單位VS累計產氣量分別提高了12.36%和16.28%;55℃條件下Pt較P、Wt較W厭氧消化單位VS累計產氣量分別提高了19.96%和39.14%,P:Wt(1:3)和Pt:Wt(1:3)較P:W(1:3)的厭氧消化單位VS累計產氣量分別提高了26.44%和31.13%。與53℃相比,55℃高溫厭氧消化產氣量更高,55℃厭氧消化條件下的P、Pt、W、Wt、P:W(1:3)、P:Wt(1:3)、Pt:Wt(3:1)的污泥厭氧消化單位VS累計產氣量相比53℃分別提高了3.69%、2.00%、6.70%、11.52%、4.56%、17.66%和17.91%,且VSR、SCOD、溶解性碳水化合物和溶解性蛋白質的轉化效率也都優(yōu)于53℃。(3)熱水解污泥高溫厭氧消化產氣性能的提高與產甲烷菌優(yōu)勢菌種的種類、含量和群落結構的變化有關。以53℃和55℃為例,剩余污泥和經過THP熱水解處理后的剩余污泥中產甲烷菌克隆文庫的物種豐富度指數(shù)分別為2.07、1.81和2.32、1.81;剩余污泥經過THP處理后,其厭氧消化系統(tǒng)中產甲烷菌優(yōu)勢菌種的含量提高,53℃條件下產甲烷菌優(yōu)勢菌種的含量由72.92%增加到81.25%,55℃條件下產甲烷菌優(yōu)勢菌種的含量由12.50%提高到22.92%,優(yōu)勢菌種含量越高,污泥厭氧消化的產氣量就越高;在53℃和55℃兩種溫度條件下,污泥厭氧消化系統(tǒng)中產甲烷菌優(yōu)勢菌種的種類和群落結構均發(fā)生變化,從而導致不同溫度條件下污泥的產氣性能發(fā)生改變。 【關鍵詞】：污泥 THP熱水解 厭氧消化 產甲烷菌 RFLP
【學位授予單位】：青島理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X703;S216.4
【目錄】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 緒論13-26
• 1.1 市政污泥的特性概述13-15
• 1.1.1 市政污泥的形成及來源13-14
• 1.1.2 市政污泥的性質和危害14-15
• 1.2 污泥處理與處置技術15-16
• 1.2.1 污泥處理技術15
• 1.2.2 污泥處置技術15-16
• 1.3 污泥厭氧消化技術16-19
• 1.3.1 厭氧消化原理16-17
• 1.3.2 厭氧微生物17-18
• 1.3.3 厭氧消化的預處理方式18-19
• 1.3.4 污泥厭氧消化工藝19
• 1.4 污泥熱水解預處理強化技術19-23
• 1.4.1 熱水解預處理技術的發(fā)展現(xiàn)狀19-21
• 1.4.2 Cambi熱水解預處理技術21-23
• 1.5 分子生物技術在生態(tài)學上的應用23-26
• 1.5.1 分子生態(tài)學常用技術23-24
• 1.5.2 產甲烷菌群的研究現(xiàn)狀及進展24-26
• 第2章 試驗研究內容及方法26-29
• 2.1 研究目的及意義26
• 2.2 研究內容及方法26-27
• 2.2.1 污泥熱水解結合高溫厭氧消化技術小試試驗26-27
• 2.2.2 污泥產甲烷菌群落結構多樣性研究27
• 2.3 試驗方法27-28
• 2.3.1 污泥熱水解結合高溫厭氧消化技術小試試驗27
• 2.3.2 污泥產甲烷菌群落結構多樣性研究27-28
• 2.4 試驗儀器28-29
• 第3章 THP預處理污泥高溫厭氧消化試驗研究29-49
• 3.1 試驗材料和方法29-33
• 3.1.1 試驗材料29-30
• 3.1.2 試驗裝置30-31
• 3.1.3 試驗方法31-32
• 3.1.4 分析與測定32-33
• 3.2 試驗結果及討論33-47
• 3.2.1 THP預處理對污泥的破解效果33-36
• 3.2.2 THP預處理對高溫厭氧消化產氣性能的影響研究36-47
• 3.3 本章小結47-49
• 第4章 THP預處理結合高溫厭氧消化污泥產甲烷菌的群落結構研究49-71
• 4.1 試驗材料與方法49-56
• 4.1.1 樣品來源與保存49
• 4.1.2 污泥中產甲烷菌總DNA的提取49-50
• 4.1.3 產甲烷菌引物設計50-51
• 4.1.4 mcrA基因的PCR擴增51
• 4.1.5 PCR產物的回收與純化51-52
• 4.1.6 mcrA基因克隆文庫的構建52-56
• 4.2 試驗結果及討論56-69
• 4.2.1 基因組DNA檢測56
• 4.2.2 mcrA基因的PCR擴增及純化結果56-57
• 4.2.3 菌落PCR57
• 4.2.4 53℃條件下污泥產甲烷菌mcrA文庫的構建和RFLP分析57-60
• 4.2.5 53℃條件下污泥產甲烷菌mcrA序列比對分析60-62
• 4.2.6 55℃條件下污泥產甲烷菌mcrA文庫的構建和RFLP分析62-64
• 4.2.7 55℃條件下污泥產甲烷菌mcrA序列比對分析64-66
• 4.2.8 溫度對厭氧消化污泥產甲烷菌群落結構的影響66-69
• 4.3 本章小結69-71
• 第5章 結論與建議71-73
• 5.1 結論71-72
• 5.2 建議72-73
• 參考文獻73-78
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文78-79
• 致謝79

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