【摘 要】
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由于城镇化和经济发展需求,我国污水处理能力与处理率都显著提高,而污泥作为污水处理过程中附属产物,其总产量也呈持续增长趋势,过量的污泥产生则意味着如果不及时妥善处理处置,必定会造成严重的环境污染。由于污泥中含有可资源化利用的能量,因此厌氧消化以及好氧堆肥处理方法是当前使污泥减量化、资源化、无害化的研究重点。钢渣作为一种工业固体废物,因其结构和成分的特殊性,逐渐被重视并成为环境治理材料,本文便以钢渣作
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由于城镇化和经济发展需求,我国污水处理能力与处理率都显著提高,而污泥作为污水处理过程中附属产物,其总产量也呈持续增长趋势,过量的污泥产生则意味着如果不及时妥善处理处置,必定会造成严重的环境污染。由于污泥中含有可资源化利用的能量,因此厌氧消化以及好氧堆肥处理方法是当前使污泥减量化、资源化、无害化的研究重点。钢渣作为一种工业固体废物,因其结构和成分的特殊性,逐渐被重视并成为环境治理材料,本文便以钢渣作为调理剂,污水处理厂高含固污泥为底物,采用好氧堆肥和厌氧消化工艺技术手段,分别研究了钢渣作为调理剂的可行性以及不同钢渣含量对高含固污泥好氧堆肥和厌氧消化工艺过程参数的影响,并采用光谱学分析方法,分析了堆肥过程中溶解性有机物荧光组分的变化特征,通过微生物高通量测序探究了堆肥过程中细菌群落结构以及物种的变化趋势。研究结果显示:1、添加钢渣能够提高高含固污泥厌氧消化沼气产量和产甲烷能力。添加5%、10%、15%钢渣的厌氧消化累积沼气产量较对照组提高了61.30%、91.59%、15.67%,甲烷产量提高了2.4%、41.1%、34%;添加钢渣缓解了厌氧消化系统的酸化,提高系统的缓冲能力,所创造的碱性环境没有对系统产生抑制,酸碱性处于适宜范围内,使系统稳定运行,并增强污泥水解能力,使有机物得到更多的増溶;钢渣对于缓解系统中的氨抑制有一定的积极作用,系统中总氮浓度远远低于抑制阙值。2、添加5%、10%、15%钢渣的堆体最高温度分别为58.1℃、60.1℃和58.2℃,55℃以上分别持续了4~5天,效果优于对照组;堆体始末含水率分别降低了5.83%、8.35%和9.28%,较对照组提高了2.31%、4.83%、5.76%;各试验组在堆肥整个阶段的p H值大小为15%钢渣>10%钢渣>5%钢渣>对照组CK,并未对堆体微生物产生抑制作用;添加5%、10%、15%钢渣试验组有机质降解率分别为16.27%、18.34%、18.21%,分别比对照组CK(13.87%)提高2.40%、4.47%、4.34%,因此添加钢渣能够促进堆体内有机物的降解。3、添加5%、10%、15%钢渣堆体内富里酸的分解率分别为17.5%、18.6%、22.1%,胡敏酸含量对比对照组CK提高10.5%~40.8%,腐殖质含量分别比对照组CK提高5.67%、11.38%、18.11%;三维荧光光谱(EEM)清晰的显示了对照组CK与添加10%钢渣组在堆肥过程中荧光峰以及荧光强度的变化。堆肥初期两试验组的荧光峰均落在溶解性微生物副产物类物质分区,随后逐渐转化为腐殖酸类物质以及富里酸类物质荧光峰,10%钢渣组荧光强度大于对照组CK,结果表明钢渣通过促进腐殖质前体的缩聚反应以及改善堆肥环境的方式,有效的促进腐殖化进程,提高堆体的成熟度。4、Alpha多样性指数显示细菌群落的丰富度以及多样性随堆肥时间逐渐下降,处于堆肥同阶段时添加5%、10%、15%钢渣组始终拥有更高的多样性和丰富度;Beta多样性聚类分析以及主成分分析(PCA)显示了添加5%、10%、15%钢渣组与对照组CK物种组成与丰富度之间的差异性以及细菌群落结构的变化,结果表明钢渣的成分以及结构影响着细菌群落的数量和多样性变化。5、由细菌群落组成变化可知,厚壁菌门是堆肥高温期的优势菌群,添加5%、10%、15%钢渣组中厚壁菌门的相对丰度略低于对照组CK,堆肥后期添加5%、10%、15%钢渣组中放线菌丰度分别比对照组CK高3.93%、4.10%和3.05%,钢渣的添加促进了放线菌的生长。对细菌群落进行代谢功能预测,结果显示主要代谢途径为:代谢(80.46%),遗传信息处理(12.44%),细胞进程(4.48%)和环境信息处理(2.03%)。
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