【摘 要】
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厌氧消化是实现污泥资源化处理的关键技术之一。而厌氧消化过程中污泥的溶解性有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)组成、可生物降解性等直接影响厌氧消化的微生物代谢过程。以污泥预处理提升污泥中溶解性有机物溶解释放是强化污泥厌氧消化效率的主要措施。但人们对不同预处理方式下溶解性有机物的组成、可生物降解性等的认识非常有限。为此,本研究以高分辨质谱(FT-ICR MS)分析,研究了
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厌氧消化是实现污泥资源化处理的关键技术之一。而厌氧消化过程中污泥的溶解性有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)组成、可生物降解性等直接影响厌氧消化的微生物代谢过程。以污泥预处理提升污泥中溶解性有机物溶解释放是强化污泥厌氧消化效率的主要措施。但人们对不同预处理方式下溶解性有机物的组成、可生物降解性等的认识非常有限。为此,本研究以高分辨质谱(FT-ICR MS)分析,研究了高温热水解预处理的污泥厌氧消化过程DOM的分子转化特征、可生物降解性;研究了以活化过硫酸盐氧化对污泥预处理、发酵产酸和厌氧消化的影响、DOM分子转化特征和可生物降解性。具体研究结果如下:(1)高温热水解后污泥中DOM主要以多肽类和高饱和低氧类有机物为主,而经过厌氧消化后主要为木质素/羧基富脂环分子类物质。厌氧消化过程中,以CHOs组分中少量脂肪族类物质、CHONs化合物中含N量高的多肽类物质,如亮氨酸、天冬氨酸等氨基酸和二肽、一些O/C=0~0.3和H/C=1~1.6范围内的含硫有机物为可降解有机物。而大部分CHOs类物质如C17H26O4(紫衫醇A)和甾醇脂质、CHON中丙氨酸、高丝氨酸和某些L-脯氨酸等多肽、高不饱和类物质(木质素)和长链脂肪酸以及CHONSs中部分半胱氨酸为不可生物降解组分。(2)PDS和Fe(Ⅱ)活化可提升挥发性脂肪酸产量,由2391.52 mg/L提升到3654.75mg/L,乙酸占比由原污泥20%提升到60%。不同于高温热水解预处理,活化过硫酸盐氧化分解污泥中溶解性有机物,尤其是脂肪族类、不饱和类和CHOS含磺化羧基官能团的组分以及色氨酸、络氨酸等荧光类物质。氧化预处理后DOM以CHONs类物质为主,相对丰度由原污泥的23.6%提升到72.1%。活化过硫酸盐氧化在厌氧发酵过程中也会对有机物产生影响,Fe(Ⅱ)和生物炭联合活化使DOM的化合物数量减少到85个分子式。(3)生物炭活化过硫酸盐抑制了厌氧产甲烷,与热水解高级厌氧消化相比,活化过硫酸盐氧化可以有效降解不可生物降解中大部分的CHO类物质和含有羧基官能团的物质,尤其是含有磺化羧基的低DBE-O类物质。因此,活化过硫酸盐降低厌氧消化沼液的难降解性有机物,可缓解厌氧消化液的后续处理难题。
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