聚二甲基二烯丙基氯化铵对污泥厌氧消化产甲烷和厌氧发酵产氢的影响及其机理研究.pdf

摘要

聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA）絮凝剂被广泛应用于废水处理和污泥调

理，但其对污泥的后续处理是否具有潜在影响目前尚未明确。本文采用生化甲烷

潜力测试和反应器长期运行考察了PDDA对污泥厌氧消化产甲烷和厌氧发酵产

氢性能的影响，并通过模型底物降解试验、关键酶活性分析及微生物群落解析揭

示了PDDA影响厌氧消化和厌氧发酵的作用机理。

结果表明，PDDA（5~40g/kgTSS）的加入显著抑制了污泥厌氧消化产甲烷

性能，且浓度越大抑制作用越强。40g/kgTSS的PDDA导致累积甲烷产量从227.2

±9.1mL/gVSS降至81.1±8.2mL/gVSS，降幅达64.3±0.2%。机理探究表明，

PDDA对污泥厌氧发酵的抑制主要归结于其携带的季铵基团。季铵基团可与污泥

胞外聚合物中带负电荷的氨基发生电中和，导致污泥絮体变大且结构更致密，从

而阻碍污泥中溶解性有机物的释放。此外，季铵基团可诱导活性氧产生，导致氧

化应激，使细胞活力下降。这会抑制厌氧消化关键酶的活性，还会降低水解、酸

化和甲烷化相关功能菌的微生物丰度，从而抑制污泥厌氧消化过程。

进一步研究表明，PDDA对产氢过程的抑制程度强于耗氢过程，因而会抑制

污泥厌氧发酵中氢气的产生，且抑制程度与PDDA浓度呈正相关。40g/kgTSS

的PDDA将累积氢气产量从3.8±0.1减至2.4±0.1mL/gVSS，减少了36.8±2.6%。

PDDA会改变厌氧发酵类型，使丙酸型发酵向乙酸型发酵转变，从而减少氢气的

–+

产生。同时，PDDA分子结构上的Cl基团与H结合，导致铁铁氢化酶失活，降

低电子传递链活性，也会抑制氢气的产生。此外，PDDA还会减少Firmicutes和

Proteiniborus等产氢菌的丰度，从而不利于氢气的产生。

本文揭示了PDDA对污泥厌氧消化产甲烷和厌氧发酵产氢的负面影响及其

作用机理，为深入理解季铵盐阳离子絮凝剂在污泥厌氧发酵过程中的潜在行为提

供了新见解，对于污水处理厂絮凝剂的选取和保障污泥厌氧消化和厌氧发酵统的

健康运行具有重要的理论和实际意义。

关键词：聚二甲基二烯丙基氯化铵；絮凝剂；剩余污泥；厌氧消化

I

Abstract

Polydimethyldiallylammoniumchloride(PDDA)flocculantiswidelyusedin

wastewatertreatmentandsludgeconditioning,butitscurrentpotentialimpactonthe

subsequenttreatmentofsludgeisunclear.Inthispaper,thepotentialeffectsofPDDA

ontheperformanceofsludgeanaerobicfermentationforhydrogenandmethane

productionwereinvestigatedthroughbiochemicalmethanepotentialtestand

long-termoperationofthereactor,andrevealingthemechanismofPDDAaffects

anaeobicdigestionandanaerobicfermentationbymodelsubstratedegradationtest,

keyenzymeactivityanalysisandmicrobialcommunity.

Theresultsshowedthattheadd