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剩余污泥厌氧消化是城市污水处理厂普遍采用的污泥处理方式,但由于剩余污泥含水率高,传统的厌氧消化存在消化效率低、消化池体积大、运行费用高等问题。高含固污泥厌氧消化可有效减少消化池体积、提高消化效率和产气性能。与传统污泥处理相比,高含固污泥厌氧消化更易受到各种因素的抑制,从而影响工艺运行稳定性。本研究针对高含固污泥厌氧消化中氮、磷浓度较高的问题,以高含固剩余污泥为研究对象,采用“厌氧消化-碱热处理-回流”改进工艺进行处理,通过分析该工艺运行参数、厌氧消化效率和微生物种群结构等,对工艺可行性进行研究;同时,进行热水解预处理批次试验,探究热水解预处理条件对污泥水解效率的影响;在此基础上,利用傅立叶红外光谱技术,分析热水解预处理后污泥中有机物基团变化、形态分布及结构变化规律,为进一步解析热水解机理及优化预处理条件提供理论依据。主要结论如下:(1)通过对中温和高温“厌氧消化-碱热处理-回流”工艺试验系统中消化反应器常规指标进行分析得出:含固率12%的剩余污泥经中温和高温厌氧消化后,VSS去除率分别为31.16%和41.05%,与“热水解-厌氧消化”工艺的VSS去除率相近,该工艺具备应用的可行性;(2)由于“厌氧消化-碱热处理-回流”工艺中碱热处理环节的氨分离作用,消化池氨氮浓度明显降低,中温反应器游离氨浓度最高为0.045 g/L,高温反应器游离氨浓度最高为0.592 g/L,均低于厌氧微生物的氨抑制浓度阈值,因此该工艺具有降低高含固厌氧消化氨抑制的潜力。同时,碱热处理中投加的Ca O,使工艺具备一定的除磷功能。(3)利用高通量测序技术对中温和高温厌氧消化系统中微生物进行检测,发现中温和高温条件下细菌和古菌在群落物种组成上存在显著差异,高温消化污泥中甲烷菌(Methanothermobacter)和氢孢菌属(Hydrogenispora)相对丰度较高,中温条件下甲烷杆菌属(Methanobacterium)相对丰度较高。(4)通过对不同高含固污泥(含固率为10%和15%)在不同温度(100、120、140、160、180、200℃)和不同时间(15、30、60、90、120min)条件下进行热水解批次试验得出,温度是影响热水解效率的主要因素,含固率为10%和15%的污泥最佳热水解温度均为160~180℃,最佳水解时间分别为60min和30min;(5)通过对热水解预处理后污泥进行红外光谱分析得出,不同预处理条件下污泥有机物中官能团组成相似(主要为COO、NH3+、NH2+、O-H、CH3、CH2等);10%含固率污泥在160~180℃、60~90min热水解后,氨基酸COO面外摇摆振动区域峰面积降至最低,污泥中的蛋白质可被充分水解。15%含固率污泥糖类CH3、CH2和CH伸缩振动、饱和烷基CH3反对称伸缩和长链烷基CH2反对称伸缩区域吸收峰峰面积在140~170℃、30~60min条件下处于较低水平,污泥中大分子有机物被水解为小分子有机物。