城市化糞池糞便污泥微生物減量技術(shù)及機(jī)理研究.pdf

1、城市化的發(fā)展在今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)使化糞池糞便污泥造成的環(huán)境壓力日益增加。人工清掏費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)糞便污泥的填埋處置也會帶來二次污染問題。因此，開展化糞池糞便污泥的原位減量研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本論文運(yùn)用厭氧消化理論和生物強(qiáng)化污泥減量化技術(shù)，首先探討了復(fù)合微生物制劑EM、HBH-Ⅱ和MCMP用于糞便污泥厭氧消化減量的可行性；其次研究了其用于糞便污泥厭氧消化減量的合適投加量，進(jìn)而研究了溫度和初始pH對其用于糞便污泥厭氧消化減量的影響；提出

2、單因素減量效果最好的HBH-Ⅱ用于糞便污泥減量的最優(yōu)工藝條件，并運(yùn)用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)技術(shù)探討了加堿預(yù)處理與HBH-Ⅱ強(qiáng)化相結(jié)合技術(shù)對糞便污泥厭氧消化減量的微生態(tài)作用機(jī)理；最后分析了HBH-Ⅱ用于實(shí)際化糞池糞便污泥減量的作用效果和產(chǎn)生的效益。本研究為原位減少化糞池糞便污泥產(chǎn)量和提高化糞池的安全性能提供了一定的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。論文得到如下主要研究結(jié)果：
　　 ①研究了EM、HBH-Ⅱ和MCMP

3、用于糞便污泥厭氧消化減量的可行性。經(jīng)過21天的厭氧消化，糞便污泥總固體(TS)、揮發(fā)性固體(VS)的減量效果、COD的去除效果及厭氧消化效率的增強(qiáng)作用均表現(xiàn)為：T1(直接投加復(fù)合微生物制劑)＞T2(巴氏滅菌后投加復(fù)合微生物制劑)＞CK(對照)，且T1與CK和T2的TS、VS和COD去除率間的差異均達(dá)到極顯著水平(p＜0.01)。巴氏滅菌不會破壞糞便污泥本身的結(jié)構(gòu)，各處理TS、VS和COD減量效果的差異主要是由反應(yīng)器中微生物的數(shù)量和種類的

4、不同造成的。外源EM、HBH-Ⅱ和MCMP與原糞便污泥體系中的土著微生物的聯(lián)合作用更有利于糞便污泥的厭氧消化減量，直接投加EM、HBH-Ⅱ和MCMP用于糞便污泥的原位減量均是切實(shí)可行的。
　　 ②研究了EM、HBH-Ⅱ和MCMP投加量(0～1.00％)對糞便污泥厭氧消化減量的影響。三試驗(yàn)組分別以投加0.01％的EM(E2)、0.05％的HBH-Ⅱ(H3)和0.01％的MCMP(M2)對TS和VS減量效果為最好。經(jīng)過20天的厭氧反

5、應(yīng)，E2、H3和M2的TS和VS的去除率分別為32.51％和42.34％、36.43％和49.11％、33.74％和46.05％。用于強(qiáng)化糞便污泥厭氧消化減量，EM、HBH-Ⅱ和MCMP的合適投加量分別為0.01％、0.05％和0.01％。至20天反應(yīng)結(jié)束，投加EM、HBH-Ⅱ和MCMP三試驗(yàn)組各處理的累積產(chǎn)氣量分別比對照(CK)的高60.74％～214.70％、93.91％～218.83％和50.78％～254.82％。EM、HBH-

6、Ⅱ和MCMP在強(qiáng)化糞便污泥厭氧消化減量的同時(shí)，也增加了厭氧消化的產(chǎn)氣量。在相同的投加量條件下，投加HBH-Ⅱ的產(chǎn)氣量基本低于投加EM和MCMP的，所存在的安全隱患最小。EM、HBH-Ⅱ和MCMP對糞便污泥厭氧消化減量的強(qiáng)化主要表現(xiàn)在投加菌種的前8天。在實(shí)際應(yīng)用中可以每周補(bǔ)投一次復(fù)合微生物制劑以提高糞便污泥減量效率。
　　 ③研究了初始pH對EM、HBH-Ⅱ和MCMP強(qiáng)化糞便污泥厭氧消化減量的影響。調(diào)節(jié)初始pH為9.0～10.0，

7、EM、HBH-Ⅱ和MCMP能極顯著強(qiáng)化糞便污泥厭氧消化對TS和VS的去除；而調(diào)節(jié)初始pH為5.0，則極顯著抑制其對TS和VS的去除。三試驗(yàn)組的TS和VS去除率分別以E-pH10、H-pH10和M-pH9的為最大。20天厭氧消化結(jié)束，E-pH10、H-pH10和M-pH9的TS和VS去除率分別達(dá)到36.69％和47.14％、43.03％和54.67％、40.70％和51.13％。調(diào)節(jié)初始pH為9.0～10.0均有利于EM、HBH-Ⅱ和MC

8、MP強(qiáng)化糞便污泥的厭氧消化減量。這一結(jié)論為加堿預(yù)處理與復(fù)合微生物強(qiáng)化相結(jié)合的糞便污泥厭氧消化減量提供了技術(shù)支撐。E-pH9、E-pH10、H-pH9和H-pH10達(dá)到TS和VS減量效果的同時(shí)，產(chǎn)氣量也相對較少；而M-pH9的TS和VS減量效果雖然較好，但其產(chǎn)氣量也明顯增多，在實(shí)際應(yīng)用中要考慮投加MCMP帶來的沼氣中毒和爆炸等安全隱患的發(fā)生。
　　 ④研究了溫度對EM、HBH-Ⅱ和MCMP強(qiáng)化糞便污泥厭氧消化減量的影響。分別投加E

9、M(0.01％)、HBH-Ⅱ(0.05％)和MCMP(0.01％)的三試驗(yàn)組的TS和VS減量效果均表現(xiàn)為35℃時(shí)最好，45℃時(shí)次之，25℃時(shí)最差。在同一溫度水平條件下，按對TS和VS減量的增強(qiáng)效果大小排序?yàn)椋篐BH-Ⅱ＞MCMP＞EM。在35℃條件下，各試驗(yàn)組的累積產(chǎn)氣量表現(xiàn)為：MCMP＞EM＞HBH-Ⅱ。
　　 ⑤通過正交實(shí)驗(yàn)，以TS、VS和COD去除率為指標(biāo)，得到單因素試驗(yàn)中減量效果最好的HBH-Ⅱ強(qiáng)化糞便污泥厭氧消化減量的

10、最佳工藝條件為：反應(yīng)溫度35℃、初始pH10.0、HBH-Ⅱ投加量0.075％。在此條件下反應(yīng)20天，糞便污泥厭氧消化TS、VS和COD的去除率分別達(dá)到：50.26％、65.45％和58.51％。
　　 ⑥利用PCR-DGGE技術(shù)，分別對不投加(A)、直接投加0.075％的HBH-Ⅱ(B)和調(diào)節(jié)初始pH為10.0后投加0.075％的HBH-Ⅱ(C)三個(gè)糞便污泥厭氧消化反應(yīng)器中反應(yīng)前和反應(yīng)第八天的糞便污泥樣品進(jìn)行研究。反應(yīng)前，各反

11、應(yīng)器的微生物群落間相似性指數(shù)(Cs)均較高(0.762～4).889)，各反應(yīng)器糞便污泥體系中的優(yōu)勢菌種沒有發(fā)生太大變化。反應(yīng)第八天，A和C以及B和C反應(yīng)器的Cs相對較低(0.727～0.750)，說明加堿預(yù)處理能明顯改變糞便污泥的微生物群落結(jié)構(gòu)。糞便污泥樣品中的21種優(yōu)勢菌與梭狀芽孢桿菌屬(Clostridium)、擬桿菌屬(Bacteroidetes)、不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter)、厚壁菌門(Firmicutes)、葡萄

12、球菌屬(Staphylococcus)和優(yōu)桿菌屬(Eubacterium)有較近的親緣關(guān)系；其中只有4個(gè)菌種在同源性分析和系統(tǒng)發(fā)育樹上保持在很好的一致性，其與Acinetobacter、Clostridium和Bacteroidetes同屬，而其他的17個(gè)序列在系統(tǒng)發(fā)育樹上均沒有找到與其親緣關(guān)系比較近的種。加堿預(yù)處理與HBH-Ⅱ強(qiáng)化后，原糞便污泥和HBH-Ⅱ中的專性產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌Clostridium和Bacteroides在糞便污泥體系

13、中大量繁殖進(jìn)而形成優(yōu)勢種群，這解釋了該技術(shù)強(qiáng)化糞便污泥厭氧消化減量且同時(shí)降低沼氣產(chǎn)量的原因。
　　 ⑦選擇HBH-Ⅱ用于重慶市南坪某小區(qū)化糞池糞便污泥的原位減量。投加0.05％的HBH-Ⅱ一個(gè)月后可以實(shí)現(xiàn)板結(jié)層厚度消減70％以上；同時(shí)原位投加HBH-Ⅱ可以明顯減少化糞池沼氣產(chǎn)量。相比傳統(tǒng)的化糞池糞便污泥清掏和填埋處理，投加HBH-Ⅱ?qū)S池糞便污泥的原位減量可降低成本69.44％。同時(shí)，投加HBH-Ⅱ?qū)S池糞便污泥的原位減量具