【摘 要】
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随着城市剩余污泥及水稻秸秆产量的大幅增长,其无害化和高效资源化处理处置备受关注。厌氧消化(Anaerobic Digestion,AD)技术作为目前国际上备受关注的有机固体废弃物减量化与资源化处理技术,既能实现有机固体废弃物的稳定化处理,又可产生清洁能源(沼气)。因此针对剩余污泥单一消化效率低、水稻秸秆资源化利用不足等问题,本研究选用籼稻、粳稻和糯稻这三种主要品种的水稻秸秆与剩余污泥展开联合厌氧消
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随着城市剩余污泥及水稻秸秆产量的大幅增长,其无害化和高效资源化处理处置备受关注。厌氧消化(Anaerobic Digestion,AD)技术作为目前国际上备受关注的有机固体废弃物减量化与资源化处理技术,既能实现有机固体废弃物的稳定化处理,又可产生清洁能源(沼气)。因此针对剩余污泥单一消化效率低、水稻秸秆资源化利用不足等问题,本研究选用籼稻、粳稻和糯稻这三种主要品种的水稻秸秆与剩余污泥展开联合厌氧消化批次实验,按有机质VS接种污泥:VS水稻秸秆=1:1.5的比例添加,探讨不同品种水稻秸秆对剩余污泥厌氧消化稳定性、产沼气性能及微生物群落结构变化的影响。在筛选出最优品种水稻秸秆的基础上,进行半连续联合厌氧消化实验,对消化系统稳定性、产沼气性能及污泥脱水性能和营养成分进行分析研究,以期构建高效稳定的水稻秸秆-污泥联合厌氧消化体系。研究表明:(1)不同品种水稻秸秆的添加对污泥厌氧消化体系p H值及挥发性脂肪酸含量(VFAs)产生显著影响。其中糯稻秸秆-污泥联合厌氧消化实验组(S3)的水解性能更好,其对污泥厌氧消化体系产甲烷促进效果最为明显,平均甲烷含量由污泥单一消化实验组(CK)的40.74%提升至56.29%(S3),累积沼气产量为543.16m L/g VS,累积甲烷产量为305.75 m L/g VS。(2)不同品种水稻秸秆的添加显著影响污泥消化体系微生物群落的多样性。各实验组中细菌门类以Bacteroidetes(拟杆菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Proteobacteria(变形菌门)变化较为显著,古菌属类以Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)、Methanosaeta(甲烷鬃毛菌属)和Candidatus_Nitrocosmicus的变化较为显著,且消化过程中各优势菌群相对丰度的变化趋势保持一致。同时在厌氧消化体系中,VFAs与大部分细菌和古菌均呈负相关关系,当VFAs过高或过低时均会影响体系中微生物的生长,因此控制VFAs在一定范围是维持厌氧消化体系微生物生长和繁殖的重要因素。(3)糯稻秸秆-污泥联合厌氧消化半连续实验中,添加糯稻秸秆实验组(B)的日均产气量由污泥单一消化实验组(A)的757.825 m L/d增至3052.25 m L/d,提高了302.76%,平均甲烷含量由38.6%(A)增加至53.7%(B)。同时,糯稻秸秆添加对消化液的脱水性能有较大影响,在第38 d多糖含量增加至22.34 mg/g,毛细吸水时间(CST时间)达到308.4s,极大地降低了污泥的脱水性能,不利于消化液的后续脱水处理。(4)沼液及沼渣中含有大量氮(N)、磷(P)营养元素,糯稻秸秆的添加均提高了沼液及沼渣中总氮(TN)和总磷(TP)含量。N元素主要残留在沼渣中,添加糯稻秸秆的实验组沼渣TN含量范围增至4200~7700 mg/kg。P元素主要残留在沼液中,添加糯稻秸秆的实验组沼液TP含量范围增至21.11~34.17 mg/L。
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