CSTR甲烷發(fā)酵系統(tǒng)的啟動(dòng)與運(yùn)行控制

【摘要】： 連續(xù)流攪拌槽式反應(yīng)器(CSTR)在實(shí)踐中廣泛的被用于有機(jī)廢水兩相厭氧生物處理系統(tǒng)的產(chǎn)酸相和發(fā)酵制氫反應(yīng)器,極少有作為甲烷發(fā)酵裝置的報(bào)道。本文以培養(yǎng)具有完整厭氧消化過(guò)程的絮狀懸浮微生物體系為目標(biāo),采用前期研究發(fā)明的發(fā)酵制氫反應(yīng)器Ⅰ型CSTR(ZL 92114474.1),以糖蜜廢水為處理對(duì)象,在探討了CSTR系統(tǒng)在不同的啟動(dòng)方式下的運(yùn)行特征基礎(chǔ)上,研發(fā)并啟動(dòng)運(yùn)行了Ⅱ型CSTR反應(yīng)器,同時(shí)對(duì)Ⅰ型和Ⅱ型CSTR的啟動(dòng)和運(yùn)行效能進(jìn)行了比較。 Ⅰ型CSTR的啟動(dòng)方式研究表明,欲在CSTR中培養(yǎng)出具有完整厭氧消化過(guò)程的絮狀懸浮微生物體系,采用分步提高有機(jī)負(fù)荷(OLR)的方式啟動(dòng)比較適宜。以好氧污泥為種泥,在水力停留時(shí)間(HRT)18 h、系統(tǒng)pH 7.0、35℃的條件下,將進(jìn)水COD濃度控制為4000 mg/L,即OLR為5.88 kg /m~3·d時(shí),經(jīng)過(guò)165 d的馴化,反應(yīng)體系仍然呈現(xiàn)出很強(qiáng)的產(chǎn)酸發(fā)酵特征,出水揮發(fā)酸(VFAs)含量平均高達(dá)2873 mg/L,COD去除率僅為15.33%,發(fā)酵氣產(chǎn)量及甲烷含量都很少。在其他條件相同,采用將進(jìn)水COD濃度分階段控制為2000 mg/L(OLR 2.94 kg /m~3·d)和4000 mg/L(OLR 5.88 kg /m~3·d)的方式啟動(dòng)時(shí),通過(guò)85 d的馴化,Ⅰ型CSTR中成功培養(yǎng)出具有完整甲烷發(fā)酵功能的微生物體系,其COD去除率可達(dá)54.4%,出水VFAs維持在700 mg/L一下;產(chǎn)氣速率為17.88L/d,CO_2含量約42.4%,CH_4含量則穩(wěn)定在42.8%左右。 在Ⅰ型CSTR中成功培養(yǎng)出具有完整甲烷發(fā)酵功能的微生物體系后,將進(jìn)水COD濃度提高到7000 mg/L的運(yùn)行試驗(yàn)表明,該系統(tǒng)無(wú)法在OLR 9.5 kgCOD/m~3·d的條件下正常運(yùn)行,反應(yīng)體系發(fā)生劇烈變化,出水揮發(fā)酸含量劇增,出現(xiàn)酸化現(xiàn)象,COD去除效率下降為21%,運(yùn)行效果很差。 通過(guò)Ⅰ型CSTR反應(yīng)器兩次啟動(dòng),發(fā)現(xiàn)了反應(yīng)器在設(shè)計(jì)上存在不足,在深入分析的基礎(chǔ)上,提出了CSTR反應(yīng)器的改進(jìn)方案,并研制成功Ⅱ型CSTR反應(yīng)器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Ⅱ型CSTR反應(yīng)器可以在84 d左右完成污泥的馴化,形成具有完整甲烷發(fā)酵過(guò)程的絮狀懸浮厭氧活性污泥系統(tǒng)。運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),其COD去除效率可高達(dá)70%左右。在OLR從5.3 kg/m~3·d提高到9.33 kg/m~3·d時(shí),反應(yīng)系統(tǒng)可在16 d內(nèi)重新達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài),這一時(shí)期COD去除率高達(dá)84%。可見(jiàn),Ⅱ型CSTR甲烷發(fā)酵系統(tǒng)具有良好的運(yùn)行穩(wěn)定性,對(duì)負(fù)荷沖擊表現(xiàn)出了很好的調(diào)節(jié)能力。如果控制條件得當(dāng),CSTR在保持完整甲烷發(fā)酵功能的基礎(chǔ)上,完全有可能承當(dāng)更高的有機(jī)負(fù)荷,比Ⅰ型CSTR具有更高的效能和更好的運(yùn)行穩(wěn)定性。 【關(guān)鍵詞】：甲烷發(fā)酵 CSTR 啟動(dòng)方式 運(yùn)行特征
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X703.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-25
• 1.1 廢水厭氧生物處理技術(shù)概述10-20
• 1.1.1 厭氧生物處理的微生物原理10-14
• 1.1.2 厭氧生物處理在有機(jī)廢水處理系統(tǒng)中的作用14-15
• 1.1.3 污水厭氧生物處理技術(shù)的評(píng)價(jià)15-17
• 1.1.4 厭氧生物處理反應(yīng)器的研究現(xiàn)狀17-20
• 1.2 關(guān)于厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)的研究現(xiàn)狀20-23
• 1.2.1 厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)的影響因素20-21
• 1.2.2 污泥接種21
• 1.2.3 反應(yīng)器的啟動(dòng)和污泥馴化21-23
• 1.3 課題來(lái)源與主要研究?jī)?nèi)容23-25
• 1.3.1 研究背景23-24
• 1.3.2 課題來(lái)源24
• 1.3.3 研究?jī)?nèi)容24-25
• 第2章 試驗(yàn)裝置與方法25-29
• 2.1 試驗(yàn)裝置25-26
• 2.2 試驗(yàn)方法26-29
• 2.2.1 接種污泥26
• 2.2.2 試驗(yàn)水質(zhì)26-27
• 2.2.3 試驗(yàn)分析項(xiàng)目27
• 2.2.4 液相末端產(chǎn)物的測(cè)定27-28
• 2.2.5 氣體成分及含量的測(cè)定28
• 2.2.6 污泥掃描電鏡預(yù)處理方法28-29
• 第3章 Ⅰ型CSTR的啟動(dòng)與運(yùn)行29-53
• 3.1 CSTR 的啟動(dòng)運(yùn)行控制29-30
• 3.2 反應(yīng)器的一步啟動(dòng)30-39
• 3.2.1 COD 濃度及去除率的變化規(guī)律30-31
• 3.2.2 出水揮發(fā)酸的變化規(guī)律31-33
• 3.2.3 氣體產(chǎn)量及氣體組分的變化規(guī)律33-35
• 3.2.4 pH 及堿度變化的規(guī)律35-37
• 3.2.5 生物量的變化規(guī)律及生物相觀察37-39
• 3.3 反應(yīng)器的分步啟動(dòng)39-48
• 3.3.1 COD 濃度及去除率的變化規(guī)律39-41
• 3.3.2 出水揮發(fā)酸的變化規(guī)律41-42
• 3.3.3 氣體產(chǎn)量及氣體組分的變化規(guī)律42-44
• 3.3.4 pH 及堿度的變化規(guī)律44-46
• 3.3.5 生物量的變化規(guī)律及生物相觀察46-48
• 3.4 Ⅰ型CSTR 存在的問(wèn)題及改進(jìn)48-51
• 3.4.1 Ⅰ型CSTR 存在的問(wèn)題與分析49
• 3.4.2 Ⅱ型CSTR 反應(yīng)器的改進(jìn)設(shè)計(jì)49-51
• 3.5章 小結(jié)51-53
• 第4章 Ⅱ型CSTR的啟動(dòng)及馴化53-66
• 4.1 啟動(dòng)條件53
• 4.2 啟動(dòng)過(guò)程數(shù)據(jù)分析53-63
• 4.2.1 COD 濃度及去除率的變化規(guī)律53-54
• 4.2.2 出水揮發(fā)酸變化規(guī)律54-56
• 4.2.3 氣體產(chǎn)量及氣體組分的變化規(guī)律56-57
• 4.2.4 pH 及堿度變化規(guī)律57-58
• 4.2.5 生物量的變化規(guī)律及生物相觀察58-61
• 4.2.6 討論61-63
• 4.3 Ⅰ型CSTR 和Ⅱ型CSTR 的效能比較63-64
• 4.3.1 啟動(dòng)方式比較63
• 4.3.2 運(yùn)行性能比較63-64
• 4.4 本章小結(jié)64-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-73
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文73-75
• 致謝75

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