《氨氮對污泥厭氧消化體系中硫生物轉化的影響機制研究》是依託同濟大學，由董濱擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氨氮對污泥厭氧消化體系中硫生物轉化的影響機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：董濱
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
高含固污泥厭氧消化工藝受到越來越多的關注，由於含固率提高，厭氧消化體系內基質濃度與抑制性因素均發生顯著變化。課題組前期研究發現隨著體系內氨氮濃度的上升，沼氣中H2S含量顯著降低且CH4含量未受影響，其作用機制值得開展研究。課題通過解析不同含固率污泥厭氧消化體系的pH、VFA、鹼度、ORP等工藝條件，明確含固率對體系中多相化學平衡、尤其是銨/游離氨濃度及平衡狀態的影響。通過模擬試驗與實際污泥厭氧消化試驗研究，探明由於提高污泥含固率導致的高氨氮環境，對污泥厭氧消化體系中有機硫由固相水解為液相、進一步分解為揮發態硫的相變過程中硫元素賦存狀態變化的影響規律，從物質轉化與生物種群互動影響的角度，闡明氨氮對有機硫生物轉化物質流特徵與功能菌群的影響機制與動力學，為最佳化高含固污泥厭氧消化工藝提供依據。
結題摘要
近年來，利用高級厭氧消化技術對城市污泥進行處理已成為國內外研究的熱點。然而在污泥高級厭氧消化過程中，產生的揮發性含硫化合物不僅影響沼氣的利用、設備的壽命，而且還可能對人體健康產生危害。為明確污泥中揮發性含硫化合物的轉化機制，本課題對基於高含固+熱水解的高級厭氧消化系統中揮發性含硫化合物的轉化機制進行研究。研究發現，高含固厭氧消化體系具有高基質濃度、高氨氮、高pH值等特點。高含固效應可通過降低硫酸根的轉化率、提高系統pH值、提高系統氨氮濃度、提供充足酸溶態金屬、降低APS還原酶及亞硫酸鹽還原酶活性、提高裂解酶活性使沼氣中硫化氫濃度降低，而揮發性有機硫濃度升高。在厭氧消化前，10%含固率、1.7%含固率污泥有機硫源含量占硫源(硫源=半胱氨酸硫+蛋氨酸硫+硫酸根硫，下同)的比例分別為96%、78%，沼氣中揮發性含硫化合物主要來自含硫胺基酸。研究表明，高含固引起的高氨氮濃度對硫源的最終轉化量無顯著影響，但可降低其轉化速率。結合熱水解後硫源的變化，發現熱水解效應可直接促進有機硫轉化為揮發性含硫化合物。在厭氧消化前，10%高含固熱水解污泥中有機硫源占比為90%，硫的代謝仍以有機硫為主。熱水解效應可通過提高有機硫轉化率、降低系統初期pH值、提高系統氨氮濃度、降低酸溶態金屬含量、提高裂解酶活性對沼氣中揮發性含硫化合物濃度的變化產生上述影響。其中，熱水解引起的污泥初始pH值降低的情況將被接種泥緩衝，因此熱水解污泥初始pH值較低對硫轉化不產生顯著影響。污泥高級厭氧消化系統中有機硫代謝與硫酸鹽還原並存，且以有機硫代謝為主。有機硫代謝的階段可歸納為以水解發酵菌或熱水解預處理起主要作用的水解階段和以產甲烷菌起主要作用的耗揮發性有機硫階段，其中水解階段即可導致揮發性含硫化合物的生成。污泥有機硫轉化的重要機制是含硫蛋白質的水解，而熱水解效應對含硫胺基酸轉化為揮發性含硫化合物有直接促進作用。沼氣中揮發性含硫化合物的濃度既取決於硫轉化生成路徑，也受pH值、金屬等釋放條件的影響。
