【摘 要】
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本文针对剩余污泥水解效率低导致厌氧发酵产酸效率不佳的问题,提出了利用冻融耦合CaO预处理技术强化剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFAs）的研究方案,为实现剩余污泥的高效资源化提供技术参考和理论依据。分析了冻融、CaO预处理以及两者耦合预处理强化剩余污泥溶胞水解的效能,结果表明:冻融预处理在-24℃的条件下SCOD溶出浓度最高,为815.2±10.5mg/L;0.07 g/g TS为CaO预处理的
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本文针对剩余污泥水解效率低导致厌氧发酵产酸效率不佳的问题,提出了利用冻融耦合CaO预处理技术强化剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFAs）的研究方案,为实现剩余污泥的高效资源化提供技术参考和理论依据。分析了冻融、CaO预处理以及两者耦合预处理强化剩余污泥溶胞水解的效能,结果表明:冻融预处理在-24℃的条件下SCOD溶出浓度最高,为815.2±10.5mg/L;0.07 g/g TS为CaO预处理的最佳处理浓度,SCOD溶出为1220.0±28.2mg/L;而在冻融法（-24℃）耦合CaO（0.07 g/g TS）预处理下,SCOD溶出效果进一步提高,达到1836.0±96.0 mg/L,明显高于单一预处理中有机质的溶出效果,协同促进了剩余污泥的溶胞水解。冻融耦合CaO预处理可增强剩余污泥中色氨酸类物质和多肽类小分子有机质的溶出,提高污泥液相中可生物降解有机质的含量,对于后续的厌氧发酵产酸有着积极的促进作用。研究了三种预处理工艺对污泥发酵产VFAs的效能的影响,在冻融预处理中,VFAs的最大产率为314.9±15.6 mg COD/g VS;而CaO预处理污泥的最佳VFAs产率为326.4±15.3 mg COD/g VS;在冻融法耦合CaO预处理污泥发酵过程中,VFAs产率进一步提高至448.0±13.1 mg COD/g VS。更低的污泥毛细吸水时间（41.6±2.1 s）和增大的污泥颗粒粒径（98.32μm）表明耦合预处理改善了发酵污泥的脱水性能。冻融法耦合CaO预处理促进了蛋白及多糖等大分子水解成为单糖、氨基酸等小分子有机质,增强了污泥有机质产VFAs的生物转化。经济可行性分析表明,耦合预处污泥VFAs发酵液可作为微生物燃料电池（MFCs）的高效发电基质,且产电净利润可达到69.5元/ton TS,具有良好的经济效益。冻融、CaO预处理以及耦合预处理对污泥厌氧发酵体系中产酸微生物的作用机制具有明显影响,在冻融预处理发酵体系中的优势产酸菌属为Clostridium（产丁酸）、Prevotella（产乙酸、丙酸）,Megasphaera（产戊酸）和Macellibacteroides（产丁酸、乙酸）;在CaO预处理发酵体系中优势产酸菌属为Clostridium（产乙酸、丁酸）、Acinetobacter（蛋白多糖水解转化）、Petrimonas（产乙酸）、Anaerocella（有机质水解酸化）、Lutispora（蛋白质生物转化VFAs）;而在耦合预处理发酵体系中,优势产酸菌属分布为Megasphaera（产戊酸）、Macellibacteroides（产乙酸、丁酸）、Bacteroides（产乙酸、琥珀酸）、Prevotella（产丙酸）、Clostridium（产乙酸、丙酸）和Petrimonas（有机质分解转化乙酸）。污泥有机质产酸途径分析表明,冻融耦合CaO预处理进一步提高了发酵过程中水解-酸化菌群（如Firmicutes、Bacteroidetes门类）的丰度及多样性,从而促进了污泥有机质经微生物厌氧代谢产VFAs的生物转化。
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