城市污水廠產(chǎn)生的剩余污泥存在產(chǎn)量大、含水率高、脫水困難和有機物穩(wěn)定時間長等特點,使得污泥的處理處置成為污水處理廠運行管理的難點。為降低污泥后續(xù)處理處置的難度,本文采用超聲波、Fenton和超聲波耦合Fenton預處理方法對污泥的破解效果進行了研究,然后以Fenton氧化污泥后的上清液為微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)碳源實現(xiàn)污泥的資源化,并研究了不同陰極條件下,陽極底物的降解情況及產(chǎn)電性能,最后用宏基因組測序技術(shù)對接種污泥和陽極碳氈上的微生物菌群結(jié)構(gòu)及其豐度進行了分析。主要研究結(jié)論如下:(1)超聲波破解污泥的試驗結(jié)果表明,超聲波會使污泥的理化性質(zhì)發(fā)生顯著變化。隨著聲能密度的增大和破解時間的延長,上清液中溶解態(tài)有機物(以SCOD指標表征)、蛋白質(zhì)、多糖和氮磷等物質(zhì)的濃度明顯增加,污泥粒徑顯著減小。在0.8W/mL的聲能密度下破解30min,上清液中SCOD、NH_4~+-N、TN、TP、蛋白質(zhì)和多糖的濃度較處理前分別增加了20.3倍、5.9倍、11.0倍、0.9倍、9.4倍和12.0倍;污泥平均粒徑較反應前下降了86.1%。在一定聲能密度條件下,SCOD增加值隨破解時間的延長線性增加,且聲能密度越大,超聲波破解污泥的速率越快,SCOD的濃度越高。超聲能量對污泥的脫水效果有顯著影響,隨著超聲能量的增加,污泥的脫水性能先出現(xiàn)了短暫的改善,之后不斷惡化,表現(xiàn)為污泥比阻(Specific Resistance to Filtration,SRF)先略有減小后大幅增加。通過擬合污泥顆粒的比表面積和污泥SRF及污泥上清液中胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的濃度和污泥SRF可知,顆粒比表面積和EPS濃度與污泥SRF都存在顯著的線性關(guān)系。(2)Fenton氧化剩余污泥的試驗結(jié)果表明,在40℃,初始pH值為3,H_2O_2投加量為9.99g/L,Fe~(2+)投加量為0.75g/L,反應時間為120min時,上清液中的SCOD、蛋白質(zhì)、多糖、NH_4~+-N和TN的濃度較原泥上清液分別增加了15.8倍、13.4倍、11.3倍、6.6倍和13.1倍;污泥的SRF較原泥下降了77.3%;平均粒徑較原泥減小了53.9%。Fenton耦合超聲波的試驗結(jié)果表明,在Fenton氧化聯(lián)合超聲波可以提高Fenton破解污泥的效果,隨著聲能密度的增加和反應時間的延長,氧化效果逐漸增強。但在耦合0.4W/mL聲能密度下反應120min時,三種方法破解后上清液中SCOD的濃度依次為超聲波耦合法Fenton,同時隨著耦合法中聲能密度的增加和反應時間的延長,污泥的SRF逐漸增加。(3)以Fenton氧化污泥的上清液為MFC陽極底物的試驗結(jié)果表明,在陰極分別為50mmol/L鐵氰化鉀、曝氣、200mg/L高錳酸鉀條件下,穩(wěn)定運行一個周期后,SCOD的降解效率分別為70.66%、67.67%和74.66%;庫倫效率分別為13.69%、9.59%和5.61%;功率密度分別為8.15W/m~3、1.63W/m~3和1.98W/m~3;內(nèi)阻分別為36.73Ω、230.8Ω和339.8Ω;較原污泥上清液而言,產(chǎn)電性能大幅度提升。通過對MFC接種污泥和陽極碳氈進行微生物分類測序可知,在門水平上,接種污泥和陽極碳氈上的優(yōu)勢菌種都為Proteobacteria,Chloroflexi和Bacteroidetes。在屬水平水平上,接種污泥中的菌屬主要是未分類;而陽極碳氈上的菌屬分布主要以Petrimonas、Comamonas和Bellilinea為主。
【學位單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

長安大學碩士學位論文實驗方法由亞克力制成的雙室型，單室有效體積為 500mL，兩膜面積為 49cm2。陰陽兩極的電極材料是由碳棒串，并外接可變電阻箱，構(gòu)成回路。電壓信號采集系MFC 裝置實物圖如圖 2.1 所示。有的無機金屬離子和有機物雜質(zhì)會增大 MFC 的內(nèi)料和質(zhì)子交換膜進行預處理。碳氈經(jīng)去離子水沖l/L NaOH 中浸泡 2h，以去除表面雜質(zhì)，最后在去離膜先在 80℃的 5%H2O2中煮 1h，然后用蒸餾水沖洗煮 2h，最后用去離子水沖洗至 pH 為中性，陰涼干

OTUs/Reads=86557/4123=4.76%。從測序結(jié)果可知，兩個樣本的 Reads、OTs/Reads 都有較大的差異，說明接種污泥和 MFC 穩(wěn)定產(chǎn)電時的陽極生物膜群間有顯著的差異性。ACE 和 Chao1 是用來計算微生物群落豐度的指數(shù)[119]，兩者的數(shù)值越大，說度越高，比較兩個樣本，可知陽極碳氈上的群落豐度更高。Shannon 和 Sim來計算微生物群落多樣性的指數(shù)[120]，shannon 數(shù)值越大，說明群落多樣性pson 指數(shù)越大，說明群落多樣性越低，從兩個樣本的分析結(jié)果來看，接種污多樣性更高。Coverage 表示樣本文庫的覆蓋率，其數(shù)值越大，則樣本中的序出來的概率越低，兩個樣本中的 Coverage 都超過 0.92，說明樣本文庫具有較率，可以真實地反映出微生物群落的分布情況。2 微生物在門水平上的群落結(jié)構(gòu)兩個樣本中的微生物在門水平上的組成及相對豐度如圖 5.19 所示。
【參考文獻】

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本文編號：2860816