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城市污泥和垃圾焚烧厂渗滤液是中国重要的两种市政废物,以无害化处理和资源化利用为导向的处理技术是处理这两种废物的最佳方式。基于污泥和渗滤液有机质含量的互补性,将这两种市政废物协同厌氧消化处理不失为一种以废治废的处理途径。不但可利用污水厂现有的污泥厌氧消化设施及条件,又解决垃圾焚烧厂部分渗滤液的处理难题,也为未来实现城市生活废物处理设施的综合化和集成化奠定可行性基础。
因此,本文首先开展两者协同厌氧处理的可行性分析研究,探究两者合适的消化配比;然后为进一步提升其厌氧消化效率,采用碱预处理和添加零价铁的方式,分别探析两种方式对协同厌氧消化系统产气效率和稳定性的影响,并寻找合适的碱处理条件和零价铁投加量;最后将碱+零价铁两种方式结合处理,通过对比实验探究联合处理对混合基质的厌氧消化效果,进一步明晰两种促进方式与产甲烷效能之间的关系。通过以上研究,主要结论如下:
①初沉污泥与剩余污泥固定体积比为4∶1,当焚烧厂渗滤液添加量为15%时,累计产甲烷量最高,为151.8mL·g-1(以VSS计),相比对照组高出44.68%。两种市政废物协同处理具有实践可行性,有一定参考价值。
②在pH=11、碱作用2h的条件下,污泥水解程度最大,并能有效促进污泥厌氧消化,甲烷增产35.97%。碱处理后,污泥破解度与甲烷产率符合一元二次函数模型关系(R2=0.97),碱预处理破解的有机质并未全部转化为甲烷,仍具备进一步资源化潜能。
③零价铁能有效促进厌氧消化酸化阶段,增加TVFAs产量、促进丙酸提前分解转化。当零价铁投加量为4g·L-1时,累计产甲烷量最高,达到189.65mL·g-1,甲烷产率提升了30.1%,其产气速率符合一次函数和Scholl Canyon模型的指数衰减规律。磷酸根、硫酸根与亚铁离子的混凝沉淀作用以及零价铁本身的吸附作用,提升了VSS去除率,但也可能零价铁沉底或分散不均而削弱了对厌氧消化的强化作用。
④碱预处理和零价铁两种方式结合对消化系统COD和VSS的去除率有一定的促进作用。pH、氨氮、VFA浓度均在正常范围内波动,未见抑制现象。碱+铁组的累积甲烷产量为233.41mL·g-1,相比对照提升了64.49%。碱+铁组协同厌氧消化所产生的甲烷并非为两种处理方式单独厌氧消化时产生的甲烷之和,两种处理方式对厌氧消化产甲烷方面的促进可能主要在水解部分重叠。通过高通量测序,发现零价铁和碱会提升微生物菌群的均匀度,并促进乙酸型产甲烷菌属(Methanosarcina和Methanosaeta)的生长,从而利于甲烷增产。
因此,本文首先开展两者协同厌氧处理的可行性分析研究,探究两者合适的消化配比;然后为进一步提升其厌氧消化效率,采用碱预处理和添加零价铁的方式,分别探析两种方式对协同厌氧消化系统产气效率和稳定性的影响,并寻找合适的碱处理条件和零价铁投加量;最后将碱+零价铁两种方式结合处理,通过对比实验探究联合处理对混合基质的厌氧消化效果,进一步明晰两种促进方式与产甲烷效能之间的关系。通过以上研究,主要结论如下:
①初沉污泥与剩余污泥固定体积比为4∶1,当焚烧厂渗滤液添加量为15%时,累计产甲烷量最高,为151.8mL·g-1(以VSS计),相比对照组高出44.68%。两种市政废物协同处理具有实践可行性,有一定参考价值。
②在pH=11、碱作用2h的条件下,污泥水解程度最大,并能有效促进污泥厌氧消化,甲烷增产35.97%。碱处理后,污泥破解度与甲烷产率符合一元二次函数模型关系(R2=0.97),碱预处理破解的有机质并未全部转化为甲烷,仍具备进一步资源化潜能。
③零价铁能有效促进厌氧消化酸化阶段,增加TVFAs产量、促进丙酸提前分解转化。当零价铁投加量为4g·L-1时,累计产甲烷量最高,达到189.65mL·g-1,甲烷产率提升了30.1%,其产气速率符合一次函数和Scholl Canyon模型的指数衰减规律。磷酸根、硫酸根与亚铁离子的混凝沉淀作用以及零价铁本身的吸附作用,提升了VSS去除率,但也可能零价铁沉底或分散不均而削弱了对厌氧消化的强化作用。
④碱预处理和零价铁两种方式结合对消化系统COD和VSS的去除率有一定的促进作用。pH、氨氮、VFA浓度均在正常范围内波动,未见抑制现象。碱+铁组的累积甲烷产量为233.41mL·g-1,相比对照提升了64.49%。碱+铁组协同厌氧消化所产生的甲烷并非为两种处理方式单独厌氧消化时产生的甲烷之和,两种处理方式对厌氧消化产甲烷方面的促进可能主要在水解部分重叠。通过高通量测序,发现零价铁和碱会提升微生物菌群的均匀度,并促进乙酸型产甲烷菌属(Methanosarcina和Methanosaeta)的生长,从而利于甲烷增产。