基于EDTA调控Fe(Ⅲ)下化学强化初级处理污泥厌氧发酵的机理研究

In this project, due to poor biodegradability of enhanced primary sedimentation sludge, Inhibitory/promoting effect of Fe (III) on CEPTS acidogenic fermentation based on complexing agent EDTA regualtion would be proposed. The effects of EDTA complexation reaction on Fe(III) morphology and concentration of CEPTS and sludge characteristic would be studied. Influence of Fe(III) morphology on acidogenic fermentation capacity by under EDTA regulation would be revealed. The threshold of Fe(III) that inhibite/promote CEPTS acidogenic fermentation would be analyzed.The changes of oxidation reduction potential, organic matter degradation, product formation, acidogenic and methanogenic bacteria structure would be analyzed though CEPTS acidogenic fermentation enhanced by EDTA. And CEPTS fermentation capacity and organic degradation process would be studied deeply in multistage threshold of Fe(III). Simultaneously, Fe(III) and sulfate reduction reaction process would be studied for clarifing the relationship of Fe(III) and sulfate reduction reaction. In the last, the relationship of EDTA-Fe(Ⅲ) -CEPTS fermentation -microbial community would be established. The CEPTS acidogenic fermentation would be promoted by Fe(III) for applying theoretical basis and technical support of Fe(Ⅲ) -CEPTS resource application and engineering promotion.

本项目针对化学强化初级处理污泥（CEPTS）的厌氧发酵性能差，提出采用有机络合剂EDTA调控Fe(Ⅲ) 抑/促CEPTS厌氧发酵的研究。通过考察EDTA- Fe(Ⅲ)络合反应对CEPTS中Fe(Ⅲ) 的形态和浓度、CEPTS污泥性质变化的影响，揭示在EDTA调控下Fe(Ⅲ)的形态抑/促CEPTS的产酸发酵的机理，探讨Fe(Ⅲ) 抑/促CEPTS发酵的阈值。构建EDTA 强化CEPTS发酵实验，结合氧化还原电位、有机物降解、产物生成、产酸和产甲烷菌群结构等变化，深入研究Fe(Ⅲ)在多级阈值内CEPTS发酵效能和有机物的代谢途径。同时，考察Fe(Ⅲ)和硫酸盐还原反应过程，阐明Fe(Ⅲ)抑/促硫酸盐还原的机理。最后构建EDTA-Fe(Ⅲ) -CEPTS发酵-生物群落的响应机制，强化Fe(Ⅲ)抑/促CEPTS产酸发酵反应，为Fe(Ⅲ) -CEPTS资源化应用和工程推广提供理论基础和技术支持。

化学强化初级处理工艺被越来越多的用于污水处理提标改造中，其中产生的初沉污泥由于含有大量的混凝剂，而导致厌氧发酵性能差，基于能源回收的角度，强化Fe(Ⅲ)污泥的厌氧消化性能，提出采用有机络合剂EDTA调控污泥厌氧发酵的性能。.本研究通过考察不同Fe(III)含量下化学强化初沉污泥的厌氧消化的性能，Fe(III)含量与水解、酸化和产甲烷各污泥消化阶段的关系，以及在此过程中微生物菌属的丰度变化，分析Fe(III)含量影响下物质代谢与微生物之间的关系。其次研究EDTA调控下，考察不同Fe(Ⅲ)含量污泥厌氧消化过程中产甲烷性能的变化，明确Fe(Ⅲ)和EDTA在初沉污泥消化中含量的边界含量。优化EDTA投加量的前提下，研究EDTA对不同Fe(Ⅲ)含量下污泥水解、酸化、产甲烷的性能，同时对铁离子的形态进行分析，尤其对关键的挥发酸降解和产甲烷过程进行分析，考察参与反应的真菌和古菌，分析水解、酸化及产甲烷菌属变化与EDTA-Fe(Ⅲ)的关系，明确EDTA-Fe(Ⅲ)在污泥消化过程中的作用。再次，研究污泥发酵过程中硫酸盐的生成和降解规律，分析在EDTA-Fe(Ⅲ)作用下对污泥中水解酸化菌、产甲烷菌、铁还原菌和硫酸盐还原菌之间的相互作用关系。.Fe(Ⅲ)含量直接影响污泥厌氧消化过程，Fe(Ⅲ)能够促进污泥的水解过程以及促进挥发酸的生成。低含量Fe(Ⅲ)对水解、酸化、产甲烷过程有着积极的影响，Fe(Ⅲ)也作为有机物分解的电子受体，促进污泥溶解释放大量的有机物为产甲烷过程提供充足的底物，同时Fe(Ⅲ)存在也增加了污泥厌氧消化过程中的导电特性，增加了反应过程中的电子传递。而高含量Fe(Ⅲ)会导致水解速率减慢，而且抑制了产甲烷过程。EDTA能够很大程度上缓解高浓度Fe(Ⅲ)的抑制作用，加速水解、酸化过程，同时一定程度上解除了Fe(Ⅲ)的抑制，促进了污泥的厌氧消化性能。.在EDTA调控下，化学强化初沉污泥中在30mgFe/gTSS含量下具有良好的厌氧消化性能，解除了高含量Fe(Ⅲ)对消化过程的抑制，对化学强化初沉污泥的能源回收，以及促进化学强化初沉工艺在提标改造中的应用。