促進(jìn)污泥厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)研究

【摘要】：在我國城市污水廠污泥急劇增加和能源日益緊缺的背景下,厭氧消化產(chǎn)沼成為污水廠污泥快速穩(wěn)定化和資源化的一個重要方法。但由于污泥中細(xì)胞壁的阻礙作用和產(chǎn)甲烷菌對條件的苛刻要求等原因,使得常規(guī)厭氧消化過程沼氣轉(zhuǎn)化率較低。因此,本文針對以上兩個問題,開展了污泥厭氧消化熱堿預(yù)處理、生物添加劑強(qiáng)化厭氧產(chǎn)甲烷和優(yōu)化厭氧消化工藝參數(shù)等一系列厭氧消化促進(jìn)技術(shù)研究,從而為污泥的厭氧消化的工程化應(yīng)用提供了技術(shù)儲備和理論指導(dǎo)。主要的研究結(jié)論包括: (1)采用單因素實驗和正交實驗相結(jié)合的方式,考察了污泥熱堿預(yù)處理過程不同參數(shù)(溫度、pH、反應(yīng)時間)以及熱處理和pH調(diào)節(jié)對污泥細(xì)胞溶出過程的影響效果。結(jié)果表明:污泥溶解性化學(xué)需氧量(SCOD)與反應(yīng)溫度、溶液pH、反應(yīng)時間成正相關(guān),其中pH對SCOD的影響最大,反應(yīng)時間對其影響最小。污泥溶胞的最優(yōu)條件:反應(yīng)溫度120℃,pH=11,反應(yīng)時間為15min,在此條件下,污泥上清液SCOD可達(dá)14810 mg/L,與總化學(xué)需氧量(TCOD)之比為49.29%,總有機(jī)碳(TOC)達(dá)4560 mg/L,總氮(TN)則增加27%,總懸浮固體(TSS)和揮發(fā)性懸浮固體(VSS)去除率分別達(dá)22.85%和40.93%。上清液分子量分布(MWD)結(jié)果顯示:熱堿處理后污泥中1000KDa MW物質(zhì)含量隨pH和溫度的增加而增加,當(dāng)pH=11時,該部分物質(zhì)可從原污泥的20.94%增加到31.70%;當(dāng)溫度為120℃時,該部分物質(zhì)可達(dá)49.83%。 污泥在優(yōu)化條件下熱堿預(yù)處理后,進(jìn)行厭氧消化實驗,其單位VSS污泥累積產(chǎn)甲烷量達(dá)到166.23mL/g-VSS,較原泥130.01 mL/g-VSS增加了27.86%。同時,熱堿處理后污泥產(chǎn)氣中最大甲烷含量為68.14%,相對原泥的最大甲烷含量64.18%,提前6天出現(xiàn),從而有效促進(jìn)了污泥的厭氧產(chǎn)沼速率和產(chǎn)量。 (2)考察了不同微生物活性促進(jìn)劑:還原型輔酶Ⅱ(NADPH)、乙酰輔酶A(Acetyl Coenzyme A)、對氨基苯甲酸(Para-aminobenzonic)、十二烷基硫酸鈉(SDS)和十六烷基三甲基氯化銨(1631)對污泥的厭氧產(chǎn)沼過程的影響。研究發(fā)現(xiàn):還原型輔酶Ⅱ的促進(jìn)效果最為顯著,產(chǎn)甲烷量高于對照組15.90%。在含固率為3%、35℃和300mL中的污泥厭氧反應(yīng)體系中,NADPH添加量為50mg/L時厭氧促進(jìn)效果最佳,在實驗周期里,其累積產(chǎn)甲烷量為127.13mL/g-VSS,相比對照114.40mL/g-VSS,增加了11.12%。 通過綜合比較各種厭氧工況下污泥單位VSS產(chǎn)甲烷量、產(chǎn)氣速率、甲烷含量、SCOD變化、pH變化和VSS去除率得出,當(dāng)初始pH值為堿性(pH=8.5)、溫度(55℃)和含固率為3%時,其單位VSS厭氧產(chǎn)氣效果最佳。 (3)最后,發(fā)展了基于水解為限速步驟的污泥厭氧降解產(chǎn)氣動力學(xué)模型,并求解出該模型的動力學(xué)參數(shù)有機(jī)質(zhì)產(chǎn)氣轉(zhuǎn)化率和水解速率常數(shù)kh。結(jié)合各工況下的實際厭氧產(chǎn)氣情況,擬合產(chǎn)氣動力學(xué)模型方程,根據(jù)模型方程中參數(shù)的大小驗證各工況下的厭氧產(chǎn)氣效果。通過綜合比較不同添加量下的動力學(xué)模型發(fā)現(xiàn):添加量為50mg/L時的和kh均最大,分別為223.978mL/g-VSS和0.14218d~(-1)。同時,各工況下多組數(shù)據(jù)的比較表明:以產(chǎn)氣量來表征水解程度、運(yùn)用一級水解動力學(xué)模型來近似反應(yīng)厭氧動力學(xué)過程具有合理性和可行性。通過污泥中各有機(jī)組分水解程度分析,計算出厭氧甲烷產(chǎn)量203.40mL/g-VSS,總產(chǎn)氣量403.64mL/g-VSS。 【關(guān)鍵詞】：污泥 厭氧消化 熱堿處理 NADPH 甲烷量 動力學(xué)模型
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-27
• 1.1 污泥特性9-10
• 1.2 污泥處理處置現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)10-11
• 1.3 污泥常用穩(wěn)定化技術(shù)11-13
• 1.4 污泥厭氧消化的機(jī)理及其技術(shù)分析13-17
• 1.4.1 厭氧消化兩階段理論13-14
• 1.4.2 厭氧消化三階段理論14-16
• 1.4.3 顆粒性物質(zhì)厭氧消化過程16-17
• 1.5 污泥厭氧消化的影響因素17-19
• 1.6 厭氧促進(jìn)劑介紹19-21
• 1.7 常見的污泥破解預(yù)處理21-24
• 1.8 課題提出、研究內(nèi)容及技術(shù)路線24-27
• 1.8.1 課題提出24-25
• 1.8.2 課題的研究內(nèi)容及技術(shù)路線25-27
• 第二章 實驗裝置與研究方法27-31
• 2.1 實驗污泥來源27
• 2.2 實驗方法與裝置27-29
• 2.3 主要分析指標(biāo)及分析方法29-30
• 2.3.1 污泥含水率29
• 2.3.2 污泥的VSS（揮發(fā)性懸浮固體含量）與VSS 去除率29
• 2.3.3 SCOD（污泥上清液的COD 值）29
• 2.3.4 甲烷含量29-30
• 2.3.5 分子量分布（MWD）30
• 2.3.6 其他指標(biāo)及分析方法30
• 2.4 實驗儀器與設(shè)備30-31
• 第三章 污泥熱堿預(yù)處理研究31-44
• 3.1 熱堿預(yù)處理不同工藝參數(shù)下對污泥破壁效果的影響31-36
• 3.1.1 反應(yīng)時間對污泥溶出液各物質(zhì)的影響31-32
• 3.1.2 反應(yīng)溫度對污泥溶出液SCOD 的影響32-34
• 3.1.3 反應(yīng)pH 對污泥溶出液SCOD 的影響34-36
• 3.2 污泥溶出液中MWD 的變化情況36-39
• 3.2.1 不同反應(yīng)時間下污泥溶出液的MWD36-37
• 3.2.2 不同反應(yīng)溫度下污泥溶出液的MWD37-38
• 3.2.3 不同pH 條件下污泥溶出液的MWD38-39
• 3.3 污泥溶胞過程的參數(shù)優(yōu)化39-41
• 3.4 熱處理后厭氧消化實驗41-42
• 3.5 本章小結(jié)42-44
• 第四章 污泥厭氧產(chǎn)沼氣促進(jìn)劑研究44-68
• 4.1 污泥厭氧產(chǎn)沼氣促進(jìn)劑篩選44-46
• 4.2 最大比產(chǎn)甲烷速率U_(max)·CH_446-48
• 4.3 添加不同NADPH 添加量對污泥產(chǎn)甲烷效果的影響48-54
• 4.3.1 不同NADPH 添加量對產(chǎn)甲烷量的影響48-51
• 4.3.2 不同NADPH 添加量對SCOD 變化的影響51-52
• 4.3.3 不同NADPH 添加量下pH 的影響52-53
• 4.3.4 不同NADPH 添加量下VSS 的影響53-54
• 4.4 初始pH 值對污泥產(chǎn)甲烷效果的影響54-59
• 4.4.1 不同初始pH 值對產(chǎn)甲烷量的影響55-57
• 4.4.2 不同初始pH 值對SCOD 的影響57-58
• 4.4.3 不同初始pH 值對厭氧過程中pH 值的影響58
• 4.4.4 不同初始pH 值對VSS 的影響58-59
• 4.5 不同溫度對污泥產(chǎn)甲烷效果的影響59-62
• 4.5.1 不同溫度對產(chǎn)甲烷量的影響59-61
• 4.5.2 不同溫度對SCOD 的影響61
• 4.5.3 不同溫度對pH 值的影響61-62
• 4.5.4 不同溫度對VSS 的影響62
• 4.6 不同含固率對污泥產(chǎn)甲烷效果的影響62-67
• 4.6.1 不同含固率對產(chǎn)甲烷量的影響63-65
• 4.6.2 不同含固率對SCOD 的影響65
• 4.6.3 不同含固率對pH 值的影響65-66
• 4.6.4 不同含固率對VSS 的影響66-67
• 4.7 本章小結(jié)67-68
• 第五章 污泥厭氧消化產(chǎn)氣動力學(xué)模型68-77
• 5.1 厭氧發(fā)酵的微生物動力學(xué)原理68-69
• 5.2 建立模型的基本假設(shè)69-70
• 5.3 動力學(xué)模型的建立70-71
• 5.4 各工況下動力學(xué)參數(shù)的求解71-74
• 5.5 動力學(xué)模型的理論計算74-77
• 第六章 結(jié)論與建議77-80
• 6.1 結(jié)論77-79
• 6.2 建議79-80
• 參考文獻(xiàn)80-85
• 致謝85-86
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文86-87
• 附件87-89

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