CIC厭氧反應(yīng)器處理餐廚垃圾的效能與微生態(tài)研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國餐廚垃圾的總量逐年升高;同時(shí)環(huán)保要求不斷提高，餐廚垃圾的處理逐漸成為人們的研究熱點(diǎn)。針對餐廚垃圾的特點(diǎn)，厭氧消化技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，但其中所含高濃度氨氮與油脂的抑制作用是現(xiàn)今厭氧生物處理中遇到的一個(gè)難題，且其抑制的機(jī)理還存在爭議。本研究將自主設(shè)計(jì)的可控內(nèi)循環(huán)(CIC)厭氧反應(yīng)器用于餐廚垃圾的處理，探討了該反應(yīng)器的處理效能與工藝參數(shù)的優(yōu)化，并通過靜態(tài)小瓶試驗(yàn)及反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)式厭氧消化試驗(yàn)，對不同油脂及氨氮濃度對CIC

2、厭氧反應(yīng)器處理效能的影響及恢復(fù)措施進(jìn)行了研究，同時(shí)系統(tǒng)分析了該反應(yīng)器內(nèi)厭氧顆粒污泥的理化特性及微生物群落演替情況，得出如下結(jié)論:
　　（1)反應(yīng)器處理效能和工藝參數(shù)優(yōu)化研究。研究了水力停留時(shí)間、溫度和回流比對CIC厭氧反應(yīng)器處理效果的影響，通過相應(yīng)的單因素控制試驗(yàn)并結(jié)合將來的工程實(shí)際應(yīng)用情況，確定CIC厭氧反應(yīng)器處理餐廚垃圾的最佳運(yùn)行參數(shù)為:進(jìn)水CODcr=5000mg/L，水力停留時(shí)間HRT=16h，溫度T=25℃，回流比R=3

3、。在此運(yùn)行條件下，出水CODcr約為650mg/L，CODcr去除率達(dá)87％以上，CIC厭氧反應(yīng)器運(yùn)行狀況良好。
　　(2)在油脂的厭氧消化抑制試驗(yàn)中，通過靜態(tài)小瓶試驗(yàn)表明，當(dāng)油脂濃度為2g/L時(shí)，厭氧體系的去除效果開始受到抑制，隨著油脂濃度的增加，其抑制效果更為明顯，CODcr去除率由94％降至27％;出水揮發(fā)酸(VFA)含量從5mmol/L上升至9mmol/L。CIC反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)式厭氧消化試驗(yàn)表明，進(jìn)水油脂濃度為3g/L時(shí)產(chǎn)生

4、抑制作用，隨著進(jìn)水油脂濃度的增加，反應(yīng)器去除效果顯著下降，CODcr去除率從94％降至70％，出水VFA從10mmo兒升至25mmol/L以上，出水堿度(ALK)則從102mmol/L降至60mmol/L。厭氧顆粒污泥中疏松型胞外聚合物(LB-EPS)中蛋白質(zhì)含量從油脂濃度為1g/L時(shí)的44.89mg/gVSS增加到3g/L時(shí)的71.57mg/gVSS，之后降至7g/L(R=4)時(shí)的57.16mg/gVSS;多糖含量由油脂濃度為1 g/

5、L時(shí)的23.58mg/gVSS增加到3g/L時(shí)的57.96mg/gVSS，之后降至7g/L(R=4)時(shí)的26.04mg/gVSS。且隨著油脂含量增大，EPS的三維熒光譜圖中(EEM)類胡敏酸和紫外區(qū)類富里酸物質(zhì)增多，輔酶F420吸收峰變?nèi)?，表明油脂對微生物的毒害作用增?qiáng)，對反應(yīng)器的抑制作用明顯。
　　(3)在氨氮的厭氧消化抑制試驗(yàn)中，靜態(tài)小瓶試驗(yàn)結(jié)果表明，氨氮濃度增加到1000mg/L，CODcr去除效果影響不大;對NH3-N去除

6、影響顯著，去除率從40.6％降至7.9％。CIC反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)式厭氧消化試驗(yàn)表明，氨氮濃度從500mg/L升高至1500m g/L時(shí)，CODcr的去除率從90％降至76％，NH3-N從20％降至6％左右。隨著氨氮濃度升高，LB-EPS中蛋白質(zhì)含量從38.86mg/gVSS增加到66.41mg/gVSS，多糖含量從50.34mg/gVSS增加到62.37mg/gVSS。EEM分析顯示輔酶F420吸收峰逐漸消失，而傅里葉紅外譜圖(FTIR)中

7、苯環(huán)有毒物質(zhì)增加，表明隨著進(jìn)水氨氮濃度的增加，反應(yīng)器的去除效果顯著降低，氨氮對反應(yīng)器內(nèi)微生物產(chǎn)生一定的毒害作用，微生物活性受到抑制。
　　(4)在抑制恢復(fù)性措施研究中，分別采取增大內(nèi)循環(huán)與投加生物質(zhì)炭的措施緩解氨氮及油脂對CIC反應(yīng)器處理效果的影響。結(jié)果顯示，在油脂的抑制恢復(fù)試驗(yàn)中，進(jìn)水油脂濃度為3g/L時(shí)，增大回流比可將反應(yīng)器的去除效果回升至初始狀態(tài);但當(dāng)進(jìn)水油脂濃度升至7g/L時(shí)，增大回流比至R=4仍難以將反應(yīng)器的運(yùn)行性能恢復(fù)

8、，CODcr的去除率只能回升至70％左右，出水VFA仍在25mmol/L以上。在氨氮的抑制恢復(fù)試驗(yàn)中，在進(jìn)水氨氮濃度為1500mg/L時(shí)投加生物質(zhì)炭，CODcr去除率從76％升至90％，NH3-N去除率從6％上升至18％。厭氧顆粒污泥的特性分析表明，LB-EPS中蛋白質(zhì)含量增加到75.64mg/gVSS，多糖含量提高至68.16mg/gVSS;紫外-可見光譜顯示多糖和蛋白吸收峰變強(qiáng)，EEM譜圖分析顯示輔酶F420吸收峰重新出現(xiàn)，F(xiàn)TIR

9、譜圖顯示代表多糖和蛋白質(zhì)的官能團(tuán)吸收峰變強(qiáng)，說明投加生物質(zhì)炭后，厭氧顆粒污泥性能得到顯著改善，產(chǎn)甲烷菌活性提高，較好地緩解了氨氮對反應(yīng)器的抑制作用。
　　(5)高通量測序結(jié)果表明，在油脂的厭氧消化抑制試驗(yàn)過程中，油脂濃度為3g/L且回流比為2條件下，CIC反應(yīng)器內(nèi)的微生物Chao1與香農(nóng)指數(shù)最高，在油脂濃度7g/L時(shí)最低;古細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)分析中，3g/L條件下和7g/L條件下微生物結(jié)構(gòu)最接近，油脂濃度從1 g/L增加到7g/L，M

10、ethanobacteriaceae從57.21％降低至34.4％;對總細(xì)菌而言，1g/L條件下和3g/L條件下的群落結(jié)構(gòu)最相似，其中主要為擬桿菌門（Bacteroidetes），其比例隨著油脂濃度增加而增大，從1 g/L時(shí)的29.42％增至7g/L時(shí)的52.08％，說明其能較好適應(yīng)高濃度油脂環(huán)境。在氨氮的厭氧消化抑制試驗(yàn)過程中，進(jìn)水氨氮濃度為1500mg/L未投加生物質(zhì)炭時(shí)微生物物種多樣性程度最低，投加生物質(zhì)炭后最高。氨氮濃度增大到1

11、500mg/L，反應(yīng)器內(nèi)古細(xì)菌中Methanobacteriaceae由66.3％下降至30.9％，而Methanotrichaceae從32.31％升至46.84％，可推斷出Methanobacteriaceae對氨氮較為敏感，Methanotrichaceae則可以適應(yīng)高濃度的氨氮;對總細(xì)菌而言，氨氮濃度增加到1500mg/L，未分類菌從46.2％降至16.1％，而梭菌目（Clostridiales）從2.47％升至28.4％，乳酸