纳米零价铁协同过碳酸盐强化剩余污泥厌氧发酵性能研究

摘要

剩余污泥是城市污水处理厂副产物，严重影响污水处理厂运行及环境安全。污泥厌氧发酵是最常见的剩余污泥处理处置技术，能够实现剩余污泥减量及资源化目的。本研究以城市污水处理厂剩余污泥为对象，考察纳米零价铁（nZVI）协同过碳酸盐（SPC）强化污泥厌氧发酵性能的可行性，并揭示其发酵机理，探究其最佳发酵条件。nZVI水解产物Fe²⁺和Fe³⁺可与SPC水解产物H₂O₂协同形成Fenton体系或类Fenton体系。此外，Fe²⁺和Fe³⁺作为催化剂，能够有效促进H₂O₂的分解，产生大量羟基自由基（HO^·），氧化降解有机物，进而提高污泥发酵性能。研究结果表明：1)n ZVI协同SPC对污泥厌氧发酵系统水解酸化性能有显著影响，蛋白质随着nZVI投加量先增加后降低，多糖随着nZVI投加量增加而增大；2)挥发性短链脂肪酸（SCFAs）随着nZVI投加量先增加后降低，其中F3发酵系统(0.2 g SPC/g SS+30 mg nZVI/g SS（SS为混合液悬浮固体）)中SCFAs最大为1 214.24 mg COD/L（COD为化学需氧量），且乙酸含量占比最高达到61.49%;3)与其他3个发酵系统相比，F3发酵系统中较低的PO₄^3-?P浓度表现出除磷的优越性；4)nZVI对协同发酵系统中生物酶具有较大的影响。蛋白酶活性随着nZVI的增加而降低，F1发酵系统（0.2 g SPC/g SS+10 mg nZVI/g SS）中蛋白酶活性最大，而α?葡萄糖苷酶、乙酸激酶、丁酸激酶、脱氢酶和超氧化物酶活性均随着n ZVI的增加而增大；5)nZVI协同SPC系统促进Proteiniclasticum、Christensenellaceae＿R-7、Petrimonas、Macellibacteroides等功能微生物富集，保证发酵系统较高的水解酸化性能，实现SCFAs的高效积累，为污泥处理处置提供了新思路和理论基础。

关键词

剩余污泥 / 厌氧发酵 / 纳米零价铁(nZVI) / 过碳酸钠(SPC) / 生物酶 / 功能菌群