嗜热菌强化剩余污泥水解及短链脂肪酸积累规律研究-环境科学与工程专业论文.docx

优秀毕业论文 精品参考文献资料 Classified Index: X703.1 U.D.C: 628.16.098 Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering ENHANCED EFFECTS OF THERMOPHILES ON WASTE ACTIVATED SLUDGE HYDROLYSIS AND SHORT-CHAIN FATTY ACIDS PRODUCTION Candidate： Yang Chunxue Supervisor： Prof. Wang Aijie Academic Degree Applied for： Doctor of Engineering Speciality： Environmental Science and Engineering Affiliation： School of Municipal and Environmental Engineering Date of Defence： June, 2015 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学博士学位论文 哈尔滨工业大学工学博士学位论文 摘 摘 要 - - PAGE IV - - I - - I - 摘 要 2011 年，我国剩余污泥的总产量达到了 3000 万吨，随着城市化的加剧和 人口数量的增加，污泥产量也持续增加，预计到 2020 年，将达到 6000 万吨（污 泥含水率以 80%计）。剩余污泥的主要成分为有机物（蛋白质、糖类、脂类等）， 具有资源化的潜力。目前，厌氧消化技术可以实现剩余污泥能源回收与生态良 性循环的目的，被广泛用于剩余污泥的处理处置。然而由于大量的有机物储存 于胞内或胞外聚合物中，导致厌氧消化速率普遍较低，资源化率不高。因此， 快速提升水解速率是解决剩余污泥厌氧消化效率低下，提高污泥资源化率的关 键因素之一。由于 60 ℃条件下中温菌和嗜冷菌死亡或丧失酶的活性，而嗜热 菌具有稳定的胞外酶活性。所以，本研究采用高温条件驯化剩余污泥，筛选具 有热稳定酶的嗜热菌，对其污泥水解性能进行了研究，建立了不同预处理方法 联合嗜热菌强化污泥水解及后续制备短链脂肪酸的方法，为剩余污泥的资源化 奠定了理论基础和技术支持。 首先，在 60 ℃条件下从剩余污泥中分离出了 3 株具有蛋白酶活性的嗜热菌， 其中 G1 和 G2 属于 Geobacillus 属，G3 属于 Aneurinibacillus 属，分别命名为 Geobacillus sp. G1（注册号：JX522538）、Geobacillus sp. G2（注册号：KJ190160） 和 Aneurinibacillus sp. G3（注册号：KJ190161）。以 3 株嗜热菌中对 E.coli 溶解 率较高的嗜热菌 Geobacillus sp. G1 为模式菌，采用均匀设计-响应曲面法获得了 最优 Geobacillus sp. G1 的胞外酶活性，发现胞外酶对 E. coli 的水解率在 4 h 时 达到了 50.1%，比优化前提高了 16.2%，与此同时，在 35%:65% （VG1:VWAS）， 嗜热菌 Geobacillus sp. G1 胞外酶对剩余污泥的水解效能最好，溶解性蛋白质的 含量达到 695 mg COD/L，为对照组的 5.0 倍。 通过对嗜热菌强化剩余污泥的水解效能进行研究，得出嗜热菌 Geobacillus sp. G1 的最佳投加比例为 10%（V/V），胞外水解酶活性达到了 403 ± 4 μg FDA/(mL?h)，为对照组的 1.5 倍。SCOD、溶解性蛋白质以及溶解性碳水化合 物的的浓度分别为 4130 ± 170 mg COD/L、1063 ± 15 mg COD/L，和 213 ± 6 mg COD/L，分别为是对照组的 1.5、1.7 和 1.1 倍，短链脂肪酸的积累量为 2560 ± 100 mg COD/L，是对照组的 2.0 倍。微生物群落结构演替过程表明，嗜热菌 Geobacillus sp. G1 处理组中， 水解阶 段起 主要作 用 的为 Clostridia 纲的 Caloramator；发酵阶段，虽然 Clostridia 纲的微生物由水解阶段的 9%～25%增 加到了 66%～74%，但是属的组成由原来的嗜热水解菌转变为中温水解菌和酸 化菌，并且蛋白酶基因的含量相对下降。 为了考察嗜热菌 Geobacillus sp. G1 联合现有预处理技术对剩余污泥的水解 是否具有促进效能，本文选取了三种典型的预处理技术（碱，