【摘 要】
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污泥厌氧消化（AD）技术可以在无害化、减量化、稳定化基础上实现污泥资源化利用,因此,成为我国实现双碳目标背景下最可持续的污泥处理技术。然而,由于污水污泥结构复杂、可生物降解性差等特点,污泥AD在我国污水处理厂污泥处理中的应用受到限制。鉴于此,本研究在对污水污泥调研和生化产甲烷潜能（BMP）测定分析基础上,首先通过对比热水解处理（TH）与否污泥中温厌氧消化（MAD）和高温厌氧消化（TAD）的产气、水
【基金项目】
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中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司(污水处理厂两污共治开发研究项目)；
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污泥厌氧消化（AD）技术可以在无害化、减量化、稳定化基础上实现污泥资源化利用,因此,成为我国实现双碳目标背景下最可持续的污泥处理技术。然而,由于污水污泥结构复杂、可生物降解性差等特点,污泥AD在我国污水处理厂污泥处理中的应用受到限制。鉴于此,本研究在对污水污泥调研和生化产甲烷潜能（BMP）测定分析基础上,首先通过对比热水解处理（TH）与否污泥中温厌氧消化（MAD）和高温厌氧消化（TAD）的产气、水解性能、微生物菌群及能量核算,确定TH-MAD为以产甲烷为目标的较佳污泥处理方式。随后,论文研究了通过投加不同吸附剂缓解TH-MAD系统氨抑制的方法,以期最大程度提高污泥的产气量。获得的主要结果和结论如下:（1）对比不同污水处理厂污泥性质及其直接中温高温厌氧消化性能发现,污水污泥性质与污水处理厂进水来源及性质有直接关系,最终影响其厌氧消化性能。三种污泥进行MAD水解缓慢、反应效率均较低且产气量少,而TAD系统的产气及水解性能均优于MAD。通过修正的Gompertz模型进行拟合获得TAD的最大产甲烷潜力（P0）分别为195.98m L/g VS（宜兴A厂）、230.59m L/g VS（广州B厂）以及248.13m L/g VS（西安C厂）,分别是对应MAD系统的1.47、1.63、1.13倍。（2）对污泥进行TH预处理可以有效促进污泥中有机物的水解,TH后系统SCOD浓度是未热水解系统的18.68倍,与未热水解污泥直接进行MAD相比,热水解后污泥进行MAD（TH-MAD）时,TH-MAD系统的单位VS累计产甲烷量提升了32.23%;与未热水解污泥直接进行TAD相比,热水解后污泥进行TAD（TH-TAD）时,TH-TAD系统的单位VS累计产甲烷量仅提升了2.95%。其次,TH预处理提高了污泥产生沼气中的甲烷占比,TH-MAD系统的产甲烷占比比MAD系统提升了5.93%,TH-TAD系统的产甲烷占比比TAD系统提升了3.05%。在此基础上进行的能量核算表明,TH-MAD系统的净能量较TH-TAD的高,因此认为是热水解污泥厌氧产甲烷最好的选择。（3）研究发现,不管污泥是否进行热水解预处理,其中温和高温AD过程中均存在总氨氮（TAN）及游离氨（FAN）浓度较高的现象,这致使系统出现氨抑制引起的丙酸积累问题。通过对微生物进行高通量测序发现,这种酸积累现象产生的原因可能是TH作用对系统优势古菌产生影响,优势产甲烷菌从乙酸型产甲烷菌Methanothrix向氢营养型产甲烷菌Methanomassiliicoccus的转变,这改变了AD产甲烷途径,导致高浓度VFAs无法被利用,最终积累。（4）通过向TH-MAD系统中添加沸石、海绵铁及改性沸石,发现以上材料的添加均可以缓解氨抑制现象,添加沸石(R沸石)、海绵铁(R海绵铁)、沸石和海绵铁混合(R沸石+海绵铁)以及微量元素改性沸石(R改性沸石)时系统拟合所得P0分别为289.22 m LCH4/g VS、284.28 m LCH4/g VS、303.31 m LCH4/g VS和306.03 m LCH4/g VS,比控制组分别提升了14.21%、12.27%、19.77%及20.84%。因此,外加材料对AD系统氨浓度有一定的控制作用,从而促进TH-MAD系统中产沼气量的增加。本研究以上结果表明,为提高城市污水处理厂污泥产甲烷的性能,采用TH-MAD系统并添加一定量的微量元素改性沸石是污泥甲烷化最佳的技术方法。
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