《脫水污泥中溫微生物電解產氣及金屬離子的影響機制》是依託河海大學，由胡凱擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：脫水污泥中溫微生物電解產氣及金屬離子的影響機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡凱
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在我國當前污泥處理和資源化問題突出的背景下，以城鎮污水廠脫水污泥為對象，利用MEC技術實現污泥穩定並同步產氣（氫氣/甲烷）。通過中溫厭氧消化條件下，MEC反應器產氣規律及影響因素研究，確定影響MEC產氣的關鍵指標，深入探討產電菌和產甲烷菌在此過程中活性與群落結構的變化及相互影響規律，探討脫水污泥有機物在MEC反應器中的降解歷程，揭示中溫微生物電解脫水污泥的有機物降解規律及反應機理。通過研究污泥中不同金屬離子（Al3+、Fe2+、Ca2+、Mg2+、Ni2+、Zn2+、Mn2+、K+）濃度對MEC處理效能和微生物群落結構的影響，提出金屬離子對MEC過程的影響機制，確立MEC反應器對重金屬離子的穩定效果，為該工藝的理論構建和技術套用提供科學依據和技術支撐。
結題摘要
我國多數污水處理廠產生的污泥未經穩定化處理，針對性地研發污泥穩定化新技術是污泥安全處置的迫切需求。 針對污水污泥有機物的特點，研發了微生物電解池（microbial electrolysis cell，MEC）技術，探討了該技術對污泥有機物的降解效能和規律以及產電和產氣特性，並對不同反應條件下微生物群落的變化進行了研究。 污泥濃度、緩衝液濃度和外加電壓對MEC效能有顯著性影響；攪拌速度對MEC效能影響不大。採用預處理技術破解污泥，可以有效提高MEC處理效能。原泥、鹼性發酵預處理污泥和超聲+鹼預處理污泥的迴路電流密度峰值為7.9、25.1和13.4A/m3，平均產氣速率為2.5、17.0和9.2×10-3 m3/(m3·d)。鹼性發酵預處理和超聲+鹼預處理與MEC聯用時，總VSS去除率為82.9%和65.4%。 剩餘污泥有機物主要是HPI（hydrophilic fraction，HPI）、HPO-A（hydrophobic acid，HPO-A）和TPI-A（transphilic acid，TPI-A）類物質， HPI優先降解。剩餘污泥有機物主要由類蛋白物質和溶解性微生物代謝產物構成，兩種物質可被MEC有效降解，並且，預處理可強化剩餘污泥螢光強度的削弱。 鹼預水解-MEC聯用處理脫水污泥時，增大外加電壓可強化脫水污泥中有機物的去除，並且碳水化合物被優先降解，最高去除率可達64.27%（0.9V），脫水污泥中蛋白質難以降解。MEC處理脫水污泥的平均庫倫效率為75.6%，平均陰極氫氣回收率僅為17.63%，後者是導致MEC氫氣產率低的主要原因。 剩餘污泥為接種物培養的MEC反應器陽極生物膜主要由桿菌、球菌和絮狀物質構成，陽極生物膜的微生物多樣性低於剩餘污泥，表現出優勢菌群的富集。陽極中的Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes等是主要的產電菌門，以原泥和超聲+鹼預處理污泥為底物的優勢菌屬相似且分布均勻，主要有Acetoanaerobium、Thauera、Proteocatella、Alkaliflexus和Tissierella等；以鹼性發酵預處理污泥為底物的優勢菌屬則相對集中，主要由Desulfuromonas和Acetoanaerobium構成，其中的Desulfuromonas菌屬豐度高達44.7%，是主要的產電菌屬。
