论文部分内容阅读
论文研究污水厂污泥酸性发酵产物获取硫酸盐还原菌碳源时的影响因素和产酸发酵类型的调控。
实验采用序批式产酸反应器，用半连续运行方式，通过控制pH、HRT、温度、进料VS、ORP，这些不同的条件来实现对产酸发酵类型的调控以及对污泥产酸率、容积产酸产能力变化趋势的研究。
论文主要结论如下：
1．pH值影响污泥酸性发酵的产酸率、容积产酸能力和发酵产物的组成。试验中，水温30℃左右，HRT=3d，进料VS=18.2g/l。污泥产酸率(gVFA/gVS)和容积产酸能力(kgVFA/m<3>·d)随着pH值的下降而下降。
pH=5.5～6时，污泥产酸率(gVFA/gVS)和容积产酸能力(kgVFA/m<3>·d)均较高，分别为0.1529～0.1562 gVFA/gVS和0.9276～0.9476 kgVFA/m<3>·d。丙酸、丁酸和含量占优势，其中丙酸比例为28.86％～24.35％，丁酸比例为37.84～43.95％，乙酸比例为33.30％～31.70％，此时的酸性发酵产物能够为SRB提供合适的碳源。
当pH接近4.5时，产酸菌活性受到严重抑制，此时污泥产酸率(gVFA/gVS)和容积产酸能力(kgVFA/m<3>·d)分别降为0.0611 gVFA/gVS和0.3705 kgVFA/m<3>·d。污泥产酸率(gVFA/gVS)和容积产酸能力(kgVFA/m<3>·d)分别下降了60.03％和60.05％。
2．HRT是影响污泥酸性发酵的重要因子。试验中水温24℃，进料VS=22g/l，pH控制在5.5～5.8。随着HRT的升高，污泥产酸率基本保持稳定，而容积产酸能力则下降比较明显，污泥产SCOD率和VS去除率小幅升高。当HRT3～6d时，丙酸、丁酸和含量略高于乙酸比例。 HRT从3d延长至11～22d，pH降低到5.5左右，VFA升高，污泥产酸率(gVFA/gVS)上升到0.0742 gVFA/gVS～0.1122gVFA/gVS。当HRT从3d缩短到2.2d时，pH上升至5.82左右，VFA降低，污泥产酸率(gVFA/gVS)下降至0.0677 gVFA/gVS。在HRT=3d时，污泥产酸率较高，为0.0926gVFA/gVS。
在HRT=3d时，容积产酸能力达到最大值0.6793gVFA/m<3>·d。而在水力停留时间较长11～22d时，容积产酸能力反而降低至0.1669～0.1246kgVFA/m<3>·d。而HRT=2.2d时，停留时间过短，水解酸化不充分，导致污泥产酸量下降。
当HRT为3～6d时，乙酸比例较高，但是丙酸和丁酸和含量还是略高于乙酸比例，其中，乙酸比例为41.68％～42.98％，丙酸比例为23.99％～20.70％，丁酸为34.32％～36.31％。
建议采用HRT=3d作为工况条件。
3．温度对污泥的产酸率、容积产酸能力有一定的影响。进料VS=20.88g/l，HRT=3d，pH控制在5.96～6.12之间。随着温度的升高，污泥产酸率和容积产酸能力是逐渐上升的。但是当低于20℃，污泥产酸率和容积产酸能力迅速下降。在20℃～32℃时，丙酸、丁酸和含量高于乙酸含量。
随着温度的提高污泥产酸率呈上升趋势，当温度从14℃上升至38℃时，污泥产酸率(gVFA/gVS)从0.0602gVFA/gVS上升至0.1736gVFA/gVS。相应的容积产酸能力(kgVFA/m<3>·d)从0.4193 kgVFA/m<3>·d增长到1.2086kgVFA/m<3>·d。低于20℃，产酸率迅速下降，污泥产酸率(gVFA/gVS)降至0.0602gVFA/gVS，容积产酸能力(kgVFA/m<3>·d)降至0.4193 kgVFA/m<3>·d。高于20℃，污泥产酸率和容积产酸能力增加不明显，污泥产酸率(gVFA/gVS)在0.0912～0.1177 gVFA/gVS，容积产酸能力(kgVFA/m<3>·d)在0.6346～0.8192 kgVFA/m<3>·d。在20℃～32℃，乙酸、丙酸、丁酸比例分别为31.50％～34.01％，25.49％～26.27％，43.02％～39.72％，此时，丙酸、丁酸和含量高于乙酸含量。
建议采用20℃工况条件。
4．进料VS影响污泥产酸率、容积产酸能力、发酵产物的组成。实验中，通过改变加入不同量的污泥，实现改变进料VS对污泥酸性发酵的影响。水温24℃，HRT=11d，pH控制在4.46～5.70之间。随着进料VS的逐渐增加，污泥产酸率和容积产酸能力呈现出下降趋势。
在进料VS为18.59g/l至19.79g/l之间时，乙酸比例为23.50％～27.00％，丙酸比例为20.96％～27.79％，丁酸比例为48.71％～52.04％。此时，丙酸、丁酸和含量超过乙酸含量。总酸达到最大值2433.31mg/l至4418.26mg/l。污泥产酸率(gVFA/gVS)和容积产酸能力(kgVFA/m<3>·d)都比较高，分别为0.1230～0.2377 gVFA/gVS和0.2212～0.4017 kgVFA/m<3>·d。建议进料VS为18.59 g/l至19.79g/l之间为最佳工况条件。
5．ORP是影响酸性发酵类型转变的重要因子。实验中通过加入FeCl<,3>，增加反应器中的Fe<3+>浓度，以间接提高ORP。实验水温30℃，HRT=6.6d，进料VS=20.43g/l，pH控制在5.51～5.90之间。随着ORP的升高，产酸率和容积产酸能力略有下降后，基本保持平稳。当Fe<3+>浓度为320 mg/l时，污泥发酵类型发生了转变，产生丙酸发酵(丙酸发酵顶级群落占优势)。
在Fe<3+>的浓度为320 mg/l时，乙酸、丙酸、丁酸所占比例分别为4.57％、49.57％、45.86％。其中，丙酸比例最大，丁酸比例次之，乙酸比例最少。此时，氧化还原电位E<,h>为-32.3 mV。污泥产酸率(gVFA/gVS)维持在0.05gVFA/gVS，容积产酸能力(kgVFA/m<3>·d)基本保持在0.16 kgVFA/m<3>·d。
ORP对污泥产SCOD率(gSCOD/gVS)的影响与ORP对污泥产酸率(gVFA/gVS)和容积产酸能力(kgVFA/m<3>·d)的影响大致相仿。污泥产SCOD率(gSCOD/gVS)随Fe<3+>(mg/l)在0～20 mg/l时，污泥产SCOD率(gSCOD/gVS)稍有下降，从0.2741 gSCOD/gVS降至0.1957gSCOD/gVS，然后逐渐平稳在0.1666～0.1957 gSCOD/gVS，当Fe<3+>(mg/l)浓度从0增加到40 mg/l时，VS去除率则从29.39％升至47.26％，当Fe<3+>(mg/l)浓度从80～320 mg/l时，VS在27.51％～59.80％之间波动。