UASB_(Hyd)-CSTR_(Met)產(chǎn)氫甲烷雙系統(tǒng)的建立與運(yùn)行

【摘要】：制糖廠排放的糖蜜廢水,有機(jī)污染種類多,濃度高,尤其含有豐富的碳水化合物和氮素物質(zhì),采用常規(guī)的廢水處理方法處理,不但達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)污染環(huán)境而且造成能源浪費(fèi)。根據(jù)糖蜜廢水可生化性好的特點(diǎn),利用兩相厭氧工藝將其資源化利用對凈化環(huán)境和緩解能源緊張都具有重要的意義。本文得到的結(jié)論如下：(1)本文以上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)為產(chǎn)酸相和連續(xù)流槽式攪拌反應(yīng)器(CSTR)為產(chǎn)甲烷相構(gòu)建了兩相厭氧同時(shí)產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷的系統(tǒng)。首先進(jìn)行了反應(yīng)器的啟動實(shí)驗(yàn),在37±1℃,中性條件下,以2000mg/LCOD負(fù)荷分步啟動產(chǎn)氫反應(yīng)器,25d內(nèi)啟動成功。同時(shí)產(chǎn)甲烷相在啟動前35d以人工配制的模擬糖蜜廢水為底物,后30d換為產(chǎn)酸出水作基質(zhì),經(jīng)65d啟動。成功實(shí)現(xiàn)了UASB-CSTR反應(yīng)器的串聯(lián),達(dá)到了啟動的預(yù)期目的。產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相分別培養(yǎng)出了以產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌為優(yōu)勢菌群的完整厭氧反應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)。(2)啟動成功后,UASB反應(yīng)器進(jìn)水COD容積負(fù)荷逐步提高到11.5kg.m-3.d-1,HRT從高到低先后為12、10、8、7、6h變化,考察不同的HRT對產(chǎn)酸反應(yīng)器運(yùn)行的影響,以確定產(chǎn)酸相最佳HRT。研究結(jié)果表明：有機(jī)物去除率隨HRT的降低不斷升高,在HRT為6h時(shí),COD去除率達(dá)最大42.4%,產(chǎn)氫量(7.6L.d-1)高于其它HRT段,確定產(chǎn)酸相最佳水力停留時(shí)間為6h。在此階段產(chǎn)甲烷反應(yīng)器內(nèi)微生物的數(shù)量和活性不斷增加,COD去除率不斷上升,甲烷產(chǎn)量和含量也不斷增加,COD去除率最大為48.8%,產(chǎn)量為7.89L(CH4)/d,含量達(dá)42.4%。(3)在最佳運(yùn)行參數(shù)(UASBHRT=6h, CSTRMet= 18h)下,以不同的有機(jī)負(fù)荷運(yùn)行兩相厭氧反應(yīng)器,進(jìn)水COD容積負(fù)荷為27 kg.m-3.d-1時(shí),產(chǎn)氫反應(yīng)器運(yùn)行效果最好,發(fā)酵類型為乙醇型發(fā)酵,氫氣最大產(chǎn)量和含量為為10.8L.d-1和57.7%,產(chǎn)氫效率達(dá)整個(gè)運(yùn)行期間的最大值64.8mL.g-1(vss).d-1, COD去除率平均達(dá)到48%,但進(jìn)一步提升COD負(fù)荷到34 kg.m-3.d-1時(shí),產(chǎn)酸相的運(yùn)行性能出現(xiàn)惡化現(xiàn)象。而產(chǎn)甲烷相不受有機(jī)負(fù)荷的影響,隨有機(jī)負(fù)荷的增加,產(chǎn)甲烷量和含量,COD去除率均不斷升高,最大產(chǎn)甲烷速率和含量為19.3 L.d-1和76.4%,77.8%的有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為CH4和CO2。CSTR反應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)酵類型始終為乙醇型發(fā)酵,乙醇的降解速率最快,乙酸丁酸次之,丙酸降解最慢,最終總揮發(fā)酸的含量為213mg/L。(4)兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)總能源回收效率顯著提高,最大達(dá)65.5%,其中氫氣能源回收率占15.8%,甲烷回收率占49.6%。有機(jī)物的去除率明顯提升,最大的COD去除率達(dá)88.3%,出水COD濃度較低,穩(wěn)定在930～1340mg/L。盡管會因有機(jī)負(fù)荷的沖擊出現(xiàn)波動,但很快恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行,說明該兩相系統(tǒng)具有良好的運(yùn)行穩(wěn)定性,具有較強(qiáng)的抗負(fù)荷沖擊能力。 【關(guān)鍵詞】：氫氣 甲烷 兩相厭氧發(fā)酵 啟動 運(yùn)行特性
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X792
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-16
• 1.1 課題背景8-9
• 1.2 兩相厭氧工藝概述9-12
• 1.2.1 兩相厭氧工藝的理論依據(jù)和運(yùn)行機(jī)理9-11
• 1.2.2 兩相厭氧工藝的特點(diǎn)11
• 1.2.3 兩相厭氧工藝的影響因素11-12
• 1.3 兩相厭氧工藝的技術(shù)評價(jià)12-14
• 1.3.1 兩相厭氧處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)12
• 1.3.2 兩相厭氧處理技術(shù)的缺點(diǎn)12-13
• 1.3.3 兩相厭氧處理技術(shù)的適用范圍13
• 1.3.4 兩相厭氧系統(tǒng)的沿革13-14
• 1.4 課題研究內(nèi)容14
• 1.4.1 課題來源14
• 1.4.2 課題主要研究內(nèi)容14
• 1.5 課題研究目的及意義14-16
• 2 試驗(yàn)材料與方法16-19
• 2.1 試驗(yàn)裝置與儀器16-17
• 2.1.1 試驗(yàn)裝置16-17
• 2.2 接種污泥17
• 2.2.1 活性污泥的馴化與培養(yǎng)17
• 2.2.2 污泥接種17
• 2.3 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)17-18
• 2.4 分析項(xiàng)目及方法18-19
• 3 UASB產(chǎn)氫系統(tǒng)的啟動與運(yùn)行19-26
• 3.1 UASB啟動運(yùn)行控制19
• 3.2 反應(yīng)器的分步啟動19-24
• 3.2.1 COD濃度及去除率的變化規(guī)律19-21
• 3.2.2 液相末端發(fā)酵產(chǎn)物的(VFAs)變化規(guī)律21-23
• 3.2.3 產(chǎn)氣變化情況23-24
• 3.3 UASB系統(tǒng)運(yùn)行過程中pH變化24-25
• 3.4 本章小結(jié)25-26
• 4 CSTR產(chǎn)甲烷系統(tǒng)的建立與運(yùn)行26-32
• 4.1 CSTR反應(yīng)器產(chǎn)甲烷效能分析26-28
• 4.2 CSTR反應(yīng)器運(yùn)行特性28-30
• 4.3 CSTR反應(yīng)器液相末端產(chǎn)物30-31
• 4.4 本章小結(jié)31-32
• 5 兩相厭氧系統(tǒng)啟動和運(yùn)行整體效果分析32-38
• 5.1 概述32
• 5.2 兩相厭氧系統(tǒng)啟動和運(yùn)行效果分析32-36
• 5.2.1 兩相厭氧系統(tǒng)啟動和運(yùn)行的整體效果32-33
• 5.2.2 COD去除率33-34
• 5.2.3 能源回收效果34-36
• 5.3 兩相厭氧系統(tǒng)啟動和運(yùn)行過程中的問題及解決方案36-37
• 5.3.1 啟動與運(yùn)行過程中遇到的問題36
• 5.3.2 問題的解決方案36-37
• 5.4 本章小結(jié)37-38
• 結(jié)論38-40
• 參考文獻(xiàn)40-45
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文45-46
• 致謝46-47

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