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国内外对于厌氧消化的研究主要是针对初沉污泥或初沉污泥与剩余污泥混合物,单独利用剩余污泥生产短链脂肪酸(以下简称SCFAs)的研究较少。本课题组前期曾利用剩余污泥在碱性条件下厌氧发酵来生产SCFAs,也得出了较理想的产酸效果。但是,由于剩余污泥中C/N比较低,并不符合厌氧发酵的理想条件,有理由相信,在投加了碳水化合物,提高了C/N比之后,会得出更为理想的产酸效果。
本论文就是针对利用剩余污泥/碳水化合物联合发酵生产SCFAs的研究,主要探讨了剩余污泥/碳水化合物联合发酵的最佳工艺条件。其中,工艺条件主要包括剩余污泥/碳水化合物的质量比例、pH和温度条件。
确定最佳工艺条件的过程如下:首先,探索出联合发酵的最佳剩余污泥/碳水化合物的质量比例;其次,在此基础上,观察和检测剩余污泥/碳水化合物在不同pH值条件下的发酵产酸情况,判断出联合发酵的最佳pH值条件;最后,以前面的研究结果为基础,再混合物在不同温度条件下厌氧发酵,以此来确定最佳温度条件。
初步的研究表明,碳水化合物的投加有利于剩余污泥自身的水解;无论将剩余污泥和碳水化合物以何种比例混合,其厌氧发酵的SCFAs、乙酸和丙酸的浓度均高于单独利用剩余污泥厌氧发酵的情况。
进一步的研究发现,总SCFAs和乙酸的浓度随着剩余污泥/碳水化合物的质量比例的减小,呈现出先增大后减小的趋势,在1:1的条件下达到最大值,分别达到2724.1mgCOD/L和1621mg/L;丙酸的浓度则随着剩余污泥/碳水化合物质量比例的降低而减小,但质量比例为5:1、3:1和1:1的情况下,丙酸的浓度相差很小。
总SCFAs的浓度随着pH值的增大而呈现出先增大后减小的趋势,在pH8条件下取得最大值,乙酸和丙酸的浓度也最高,且丙酸的浓度已经超过乙酸;pH10条件对丙酸的生成有较强的抑制作用;pH8条件下的SS、VSS的减量效果最好,达到43.8%和56.7%。
实验还发现,总SCFAs的生成量并不如文献报道的随着温度的提高而增大,在温度由10℃上升至37℃的过程中,提高温度可以促进SCFAs的生产,37℃时的SCFAs浓度最大,达到了9159.88mgCOD/L;当温度达到55℃时,高温条件表现为抑制SCFAs的生成;乙酸的生成量在37℃条件下最高;21℃和37℃时的丙酸生成量相差不大;55℃时,乙酸和丙酸的生成都受到一定程度的抑制,但此时有大量的正丁酸的产生;SS、VSS减量效果随着温度的提高而增大。
最终,本文得出结论,剩余污泥/碳水化合物混和物进行厌氧发酵的最佳工艺条件为:1:1(质量比例)、pH8、37℃。