醇醚糖苷促进剩余污泥厌氧发酵产酸的研究

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1、学校代码10530学号201510151598分类号X703密级公开硕士学位论文醇醚糖苷促进剩余污泥厌氧发酵产酸的研究学位申请人罗薇指导教师戴友芝教授戴陈跃辉讲师学院名称环境与资源学院学科专业环境科学与工程环研究方向清洁生产与资源化清二Ο一八年六月AlkylEthoxyPolyglycosideIncreasesVolatileFattyAcidsProductionforExcessSludgeAnaerobicFermentationCandidateLuoWeiSupervisorandRankProfessorDaiYouzhi1LecturerChe

2、nYuehui1CollegeCollegeofEnvironmentandResource1ProgramEnvironmentalScienceandEngineering1SpecializationCleanerProductionandResourceRecovery1DegreeMasterofEngineering1UniversityXiangtanUniversity1DateJune,2018摘要随着我国城镇污水处理厂的不断增加，大量的剩余污泥随之产生，若其处理处置不当，会对人类健康和环境安全造成巨大危害。因此，绿色、高效地处理剩余污泥，是

3、实现污泥减量化、稳定化、无害化和资源化的重要途径。剩余污泥中含有丰富的有机质，采用厌氧发酵获得挥发性脂肪酸（VFAs）是实现污泥减量化处理和资源化利用的重要方式。为了提高剩余污泥厌氧发酵产酸的效率，常采用热、超声、微波、酸碱、表面活性剂和生物酶等技术手段，其中添加表面活性剂具有效果显著、适用性好等优点并受到了广泛关注。尤其是生物表面活性剂具有生物可降解性、对环境友好、无毒等特点，近年来成为剩余污泥厌氧发酵产酸相关领域的研究热点。本文研究了一种新型绿色表面活性剂醇醚糖苷（AEG）对剩余污泥厌氧发酵产酸的促进作用，并探讨了其作用机制，主要取得了以下的研究成果及结论

4、：（1）确定了AEG促进剩余污泥厌氧发酵产酸的性能。通过对AEG投加量、发酵温度和初始pH等三个关键因素的优化，研究了AEG促进剩余污泥厌氧发酵产酸的效果。当AEG的投加量为0.4g/gTSS、发酵温度为35℃和初始pH=10时，仅发酵3天，VFAs的浓度可达到3302.87±45.8mgCOD/L，是空白组（未添加AEG）的8.55倍，且组分以乙酸和丙酸为主。（2）采用热碱预处理强化了AEG促进剩余污泥发酵产酸的效果。热碱预处理可促进剩余污泥中固体颗粒有机物的溶出，使得溶解性蛋白质和碳水化合物明显增加，有利于剩余污泥后续的厌氧发酵产酸。剩余污泥在T=70℃，

5、pH=8和t=1h的条件下经热碱预处理完后，按投加量为0.4gAEG/gTSS加入AEG，在35℃温度下进行厌氧发酵，3天后VFAs浓度为3480.67±55.8mgCOD/L，其主要成分为乙酸。与未经热碱预处理相比，VFAs的产量提高了613.96mgCOD/L，显著提高了剩余污泥的产酸效果。（3）探讨了AEG促进剩余污泥厌氧发酵产酸的作用机制。基于厌氧发酵三阶段理论，分析了AEG在不同的发酵阶段所起的促进作用。在水解阶段，AEG使反应器中的牛血清白蛋白和葡聚糖的降解率明显提高，蛋白酶和α-葡萄糖苷酶活性分别是空白组的1.96倍和2.25倍，Zeta电位数值

6、从21.4±0.5mV降为11.15±0.5mV，表明AEG的存在促进了发酵液中溶解性有机物的水解，使水解效率大大提高。在酸化阶段，AEG使反应器中的L-丙氨酸和葡萄糖的降解率显著提高，说明AEG能通过增强微生物对小分子有机物（如氨基酸和单糖）的直接利用来提高VFAs的产量。在产甲烷阶段，由于AEG的存在使得乙酸钠的降解速度变慢，说明AEG对剩余污泥中产甲烷菌的活性具有抑制作用。可见，AEGI能够促进发酵液中溶解态大分子有机物（如蛋白质和碳水化合物）的水解以及小分子有机物（如氨基酸和单糖）的酸化降解，并抑制产甲烷菌的活性，从而使VFAs得到大量积累。采用三维荧

7、光光谱定性分析了溶解性有机物组分的变化，阐明了发酵过程中AEG对剩余污泥中有机质的增溶作用。添加AEG后，发酵液中溶解性有机物（尤其是类蛋白质和类腐殖酸物质）的荧光强度大幅增强，表明在厌氧发酵过程中AEG促进了剩余污泥中有机质的溶出，有利于后续的厌氧发酵产酸过程。基于高通量焦磷酸测序分析，揭示了AEG对发酵过程中微生物群落结构变化影响。添加AEG后，与碳水化合物和乳酸水解发酵产生乙酸、丙酸和丁酸有关的Megasphaera菌和Clostridium菌所占比例均显著提高，而发酵过程中VFAs主要的消耗者——Proteobacteria所占比例则明显下降，表明在剩

8、余污泥厌氧发酵过程中，AEG的加入可显