釀造廢棄物碳氮調(diào)質(zhì)強(qiáng)化污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸及微生物群落結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、隨著污水處理力度的逐漸加強(qiáng)和污水處理廠數(shù)量的增加，剩余污泥產(chǎn)量也日益增多。針對(duì)污泥有必要采取有效的處理處置方案，方可實(shí)現(xiàn)污泥資源化，同時(shí)降低其對(duì)環(huán)境造成的二次污染。污泥厭氧消化是實(shí)現(xiàn)污泥減量化和資源化的有效途徑之一。而剩余污泥中 C/N比較低，為解決污泥發(fā)酵過程由于 C/N比低引起的一系列問題，考慮在消化體系加入外加碳源。結(jié)合山西本省釀醋、釀酒行業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況，本文考慮將釀造廢棄物作為污泥調(diào)質(zhì)碳源，在實(shí)驗(yàn)室做小試研究。首先研究不同預(yù)處

2、理醋糟對(duì)污泥發(fā)酵性能和揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量的提高程度；通過醋糟實(shí)驗(yàn)得出適合釀造廢棄物的預(yù)處理方法，并以醋糟、酒糟和醬糟為調(diào)質(zhì)碳源，研究不同釀造廢棄物對(duì)污泥蛋白質(zhì)降解和發(fā)酵產(chǎn)酸的促進(jìn)作用；其次以高通量分子診斷技術(shù)分析共發(fā)酵體系微生物群落多樣性和結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)污泥、釀造廢棄物的同時(shí)資源化提供參考依據(jù)。主要結(jié)論如下：
　　1.氨水、硫酸和熱堿三種典型的預(yù)處理方法均可有效去除醋糟中的木質(zhì)素，破壞醋糟中的氫鍵，同時(shí)也使纖維素發(fā)生潤脹作用，

3、只是在程度上有差別。處理之后醋糟的生物可及性有不同程度的增加，有利于其在后續(xù)發(fā)酵過程中的降解。
　　2.預(yù)處理醋糟作為外加碳源進(jìn)行共發(fā)酵，結(jié)果顯示，共發(fā)酵體系中蛋白質(zhì)濃度增加，細(xì)胞外的水解酶活性的增強(qiáng)，即醋糟對(duì)污泥蛋白質(zhì)降解有促進(jìn)作用，進(jìn)而促進(jìn)了發(fā)酵產(chǎn)酸效能。熱堿預(yù)處理的醋糟對(duì)剩余污泥對(duì)發(fā)酵產(chǎn)酸的促進(jìn)作用明顯優(yōu)于氨水和硫酸預(yù)處理。采用熱堿預(yù)處理醋糟實(shí)驗(yàn)組的揮發(fā)性脂肪酸最大濃度為3105±35 mg COD/L，是空白組（1083±

4、40 mg COD/L）的2.9倍；而氨水和硫酸實(shí)驗(yàn)組濃度明顯低于熱堿組，分別為1885±159、1561±168 mg COD/L。
　　3.醋糟與污泥共發(fā)酵在揮發(fā)酸濃度最大時(shí)的組分分析結(jié)果顯示，揮發(fā)酸濃度的提高主要體現(xiàn)在C2~C3小分子碳源上。氨水、硫酸實(shí)驗(yàn)組乙酸、丙酸比例之和分別為84.5％和79.1%，遠(yuǎn)大于熱堿實(shí)驗(yàn)組的和66.9%。熱堿預(yù)處理的醋糟雖可以大大提高總揮發(fā)酸產(chǎn)量，但其中 C2~C3小分子碳源的比例卻沒有氨水和

5、硫酸預(yù)處理醋糟的高。
　　4.由于醋糟、酒糟和醬糟均屬于釀造廢棄物，組成上相似程度很大，因而以熱堿作為不同釀造廢棄物的預(yù)處理方法。以三種釀造廢棄物為外加碳源共發(fā)酵結(jié)果顯示，醬糟發(fā)酵產(chǎn)酸的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于醋糟和酒糟，揮發(fā)酸最大濃度可達(dá)4517±367 mg COD/L，達(dá)到了空白組的4.2倍。醋糟、酒糟實(shí)驗(yàn)組揮發(fā)酸最大濃度僅為3105±35和3144±69 mg COD/L，產(chǎn)酸促進(jìn)效果差異性不大。揮發(fā)酸濃度的提高同樣主要體現(xiàn)在 C2~

6、C3小分子碳源上。醋糟、酒糟和醬糟實(shí)驗(yàn)組乙酸、丙酸濃度之和分別為2077、2253、3308 mg COD/L，分別比空白組增加了2.9、3.2、6.2倍。醬糟組總揮發(fā)酸濃度及C2~C3小分子碳源轉(zhuǎn)化效果最好。
　　5.釀造廢棄物調(diào)質(zhì)強(qiáng)化剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的本質(zhì)原因是由于微生物菌群的變化，本研究通過微生物測(cè)序來揭示其變化特征。多樣性指數(shù)如Shannon和Simpson指數(shù)顯示，添加醋糟、酒糟和醬糟作為外加碳源，共發(fā)酵體系生物多樣性降

7、低，尤以醬糟組最明顯，即添加釀造廢棄物有利于發(fā)酵體系功能微生物的富集，更好的進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)酸。
　　6.通過對(duì)不同樣品門、綱、屬三個(gè)層次上的微生物百分比對(duì)比分析得出，微生物群落結(jié)構(gòu)確實(shí)發(fā)生了變化。與水解酶和有機(jī)酸生成密切相關(guān)的梭狀芽孢桿菌綱（Clostridia）增量尤其大，且醬糟組中含量最多。其他功能菌屬含量在添加釀造廢棄物組樣品中也有不同程度的增加，各組的優(yōu)勢(shì)菌屬發(fā)生了變化。尤以 Acetoanaerobium、Proteinic