剩余污泥與玉米秸稈的共發(fā)酵產(chǎn)酸性能及其數(shù)學模型研究

【摘要】：剩余污泥中含有大量有機物，其水解酸化過程不僅能實現(xiàn)污泥減量，而且能夠產(chǎn)生高附加值的代謝產(chǎn)物—揮發(fā)性脂肪酸，將污泥水解產(chǎn)生的揮發(fā)酸作為碳源應用于生物脫氮除磷工藝，可以顯著提高脫氮除磷效率。但是剩余污泥的碳氮比（C/N）較低，不利于厭氧微生物代謝，因此本研究以玉米秸稈作為外碳源，與剩余污泥共發(fā)酵，通過調(diào)節(jié)發(fā)酵體系的碳氮比，來提高剩余污泥的厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸效能。并基于厭氧消化一號模型（ADM1）建立共發(fā)酵體系在半連續(xù)流實驗中厭氧消化過程的動力學模型，對水解產(chǎn)酸進行模擬、預測并進一步分析投加秸稈對剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的促進作用。 為確定最佳的玉米秸稈投加比例，開展了一組中溫厭氧靜態(tài)發(fā)酵試驗，結(jié)果表明，玉米秸稈投加比例為1:2gVSS秸稈/gVSS污泥時，對剩余污泥產(chǎn)酸的促進作用最大，揮發(fā)酸最大積累量提高了20.2%，而投加比例為1:1的試驗組只提高了14.5%，1:3,1:4試驗組對污泥產(chǎn)酸的影響非常小，且投加比為1:2時單位質(zhì)量秸稈對揮發(fā)酸產(chǎn)量增加量的貢獻值最大。靜態(tài)試驗數(shù)據(jù)還顯示玉米秸稈的投加能夠一定程度地促進剩余污泥的水解，增加污泥體系中產(chǎn)酸底物的濃度，從而能夠顯著地提高揮發(fā)酸的積累量，并且提高揮發(fā)酸中乙酸比例，降低戊酸和丁酸的比例。 利用靜態(tài)試驗獲得的最佳投加比例，啟動運行了半連續(xù)流小試發(fā)酵反應器，考查在不同SRT運行條件下，污泥秸稈共發(fā)酵體系的水解和產(chǎn)酸效能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：SRT為10d，8d和5d三個階段穩(wěn)定期的平均揮發(fā)酸濃度分別為8767.2mgCOD/L，8887.7mgCOD/L和8239.8mgCOD/L，單位質(zhì)量（以污泥可揮發(fā)性固體質(zhì)量計）污泥投入對應的揮發(fā)酸產(chǎn)率分別為0.39、0.41、0.42g揮發(fā)酸/g污泥。SRT為3d時，體系崩潰。從不同階段的揮發(fā)酸含量和產(chǎn)率的變化規(guī)律可以看出，超聲污泥和玉米秸稈共發(fā)酵體系在半連續(xù)流發(fā)酵試驗中能夠獲得穩(wěn)定的產(chǎn)酸效果，且揮發(fā)酸產(chǎn)量較為可觀。反應器最優(yōu)運行SRT為5d，能承受較高的有機物負荷，具有一定的應用前景和開發(fā)價值。 在ADM1模型基礎(chǔ)上，根據(jù)試驗條件和底物特性提出假設(shè)，建立了污泥-秸稈共發(fā)酵體系在半連續(xù)流反應器中厭氧消化過程的動力學模型，通過靈敏度分析甄選出模型中的關(guān)鍵參數(shù)，并利用靜態(tài)發(fā)酵試驗中秸稈比例為1:2試驗組的試驗數(shù)據(jù)擬合求解，完成模型的參數(shù)校正。利用半連續(xù)流試驗數(shù)據(jù)對模型進行檢驗，結(jié)果各組分模擬誤差均在5%以內(nèi)，模擬數(shù)據(jù)總體上與實測值變化趨勢吻合，證明模型能夠模擬共發(fā)酵體系的厭氧水解產(chǎn)酸變化過程。 利用所獲得的動力學模型，對靜態(tài)厭氧發(fā)酵空白組和試驗組試驗數(shù)據(jù)進行參數(shù)擬合和對比，證明玉米秸稈的加入不僅能為產(chǎn)酸菌提供了更多發(fā)酵底物，而且能夠促進蛋白質(zhì)和碳水化合物的水解，增強水解酶活性，提高水解速率，從而提高揮發(fā)酸積累量。利用所得半連續(xù)流動力學模型進行不同條件下的模擬分析，預測了反應器產(chǎn)酸效能進一步提高的方法：采用連續(xù)流操作，減小對發(fā)酵體系的沖擊負荷；采用固定SRT操作，理論最佳SRT條件為3d；可嘗試對進料污泥進行適當濃縮，提高初始污泥濃度。 【關(guān)鍵詞】：剩余污泥 玉米秸稈 厭氧發(fā)酵 揮發(fā)性脂肪酸 數(shù)學模型
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：X705;X712
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 課題背景10-12
• 1.1.1 城市剩余污泥處理處置現(xiàn)狀10
• 1.1.2 我國秸稈資源利用現(xiàn)狀10-11
• 1.1.3 厭氧消化數(shù)學模型研究及應用現(xiàn)狀11-12
• 1.2 剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸研究進展12-17
• 1.2.1 剩余污泥預處理方法研究進展12-15
• 1.2.2 剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸影響因素研究進展15-17
• 1.3 厭氧消化模型研究及應用進展17-21
• 1.3.1 厭氧消化數(shù)學模型的發(fā)展歷程18-19
• 1.3.2 ADM1 模型在國內(nèi)外的應用19-20
• 1.3.3 ADM1 模型存在的問題20-21
• 1.4 本論文主要研究內(nèi)容21-24
• 1.4.1 課題來源21
• 1.4.2 研究的目的與意義21-22
• 1.4.3 主要研究內(nèi)容22-24
• 第2章 材料與方法24-30
• 2.1 試驗用剩余污泥及玉米秸稈來源及性質(zhì)24
• 2.2 試驗裝置24-26
• 2.2.1 污泥超聲處理裝置24-25
• 2.2.2 靜態(tài)試驗裝置25
• 2.2.3 半連續(xù)流試驗裝置25-26
• 2.3 試驗方法26-28
• 2.3.1 剩余污泥及玉米秸稈預處理方法26-27
• 2.3.2 靜態(tài)試驗方法27
• 2.3.3 半連續(xù)流反應器運行方法27-28
• 2.4 試驗分析項目及分析方法28-30
• 2.4.1 試驗儀器28-29
• 2.4.2 常規(guī)測定方法29
• 2.4.3 VFAs 測定方法29-30
• 第3章 玉米秸稈投加比例的優(yōu)化及半連續(xù)流發(fā)酵反應器的運行效能30-46
• 3.1 玉米秸稈投加比例的優(yōu)化30-37
• 3.1.1 不同秸稈投加比例下剩余污泥有機質(zhì)溶出變化規(guī)律31-34
• 3.1.2 不同秸稈投加比例下 VFAs 積累量及其組成結(jié)構(gòu)的變化情況34-37
• 3.2 半連續(xù)流厭氧發(fā)酵反應器的運行效能研究37-45
• 3.2.1 污泥水解及有機質(zhì)濃度變化規(guī)律37-38
• 3.2.2 蛋白質(zhì)和碳水化合物濃度變化規(guī)律38-40
• 3.2.3 VFAs 產(chǎn)量及組成結(jié)構(gòu)變化規(guī)律40-43
• 3.2.4 氨磷的釋放規(guī)律43-45
• 3.3 本章小結(jié)45-46
• 第4章 剩余污泥與玉米秸稈共發(fā)酵基質(zhì)的半連續(xù)流厭氧發(fā)酵動力學模型46-65
• 4.1 模型的建立46-53
• 4.1.1 參考依據(jù)及模型假設(shè)46-47
• 4.1.2 模型狀態(tài)變量及模型參數(shù)的說明47-49
• 4.1.3 平衡方程的建立49-53
• 4.2 模型參數(shù)求解53-56
• 4.2.1 化學計量系數(shù)及動態(tài)變量初值53-54
• 4.2.2 動力學參數(shù)敏感度分析54-55
• 4.2.3 關(guān)鍵參數(shù)的求解方法和求解結(jié)果55-56
• 4.3 模型模擬結(jié)果分析與評價56-59
• 4.4 模型應用59-64
• 4.4.1 玉米秸稈為外碳源對剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的促進作用分析59-61
• 4.4.2 半連續(xù)流反應器產(chǎn)酸效能提升方法預測61-64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-66
• 參考文獻66-73
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果73-75
• 致謝75

您可以在本站搜索以下學術(shù)論文文獻來了解更多相關(guān)內(nèi)容

對玉米秸稈綜合利用的探討    閻文圣,陳潁西

酸性預處理污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫    劉常青;趙由才;張江山;陳文花;牛冬杰;

玉米秸稈利用概況及秸稈發(fā)酵前景展望    楊治平;

我國民族地區(qū)教育發(fā)展的現(xiàn)狀與對策    顧華詳

高齡老人戶外交往空間設(shè)計分析    付飛;李異;張健;

全球氣候變化下低碳城市實現(xiàn)的規(guī)劃途徑    張洪波;徐蘇寧;

基于情景分析法的循環(huán)經(jīng)濟規(guī)劃研究——以安徽能源循環(huán)經(jīng)濟規(guī)劃為例    崔木花;

略論非合理性政府行為與政府成本剛性    汪少波

當前我國分配領(lǐng)域的突出問題及其對策分析    黃曉霓;

對我國居民消費率過低的幾點思考    王守敬;

新農(nóng)村建設(shè)視域中的當代中國馬克思主義大眾化    孟祥健;

甲烷產(chǎn)生菌的特性及其工業(yè)前景    楊薇;

UASB處理蛋白廢水的實驗研究    俞珊珊;劉鋒;馬三劍;王秋云;

長三角循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展所面臨的主要挑戰(zhàn)    胡建一;

京津冀區(qū)域旅游文化產(chǎn)業(yè)合作研究    ?；劬?

節(jié)能高效、減排低碳與責任和快速工業(yè)化及經(jīng)濟騰飛    滕吉文;阮小敏;張永謙;閆雅芬;

民營房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告    李毅;

我國生活垃圾分類回收的推廣與普及    王娜;邱琦;

化肥減施及秸稈過腹還田對土壤理化性質(zhì)的影響——以弘毅生態(tài)農(nóng)場為例    唐海龍;徐玉新;蔣高明;劉沙沙;張偲;鐘世霞;

苕溪流域典型村落水污染特征調(diào)查研究    郭雪松;鄒娟;梁瀚文;劉俊新;

“積極老齡化”理論視角下的我國老齡旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略    黃璜;

城市旅游業(yè)能耗消耗、二氧化碳排放估算方法及深圳市實證分析    汪清蓉;

我國現(xiàn)行個人所得稅扣除額標準的法與經(jīng)濟學分析    李懷;韓瑞;

珠江三角洲城市職業(yè)女性體育生活方式研究    杜熙茹

科學人才觀的理論內(nèi)涵與實踐應用研究    胡雪梅

科技進步對勞動就業(yè)影響的實證研究    汪慧玲

轉(zhuǎn)型中的中國國家治理研究    陳春常

我國高校教師人力資本定價研究    董國強

污泥厭氧消化過程中乙酸累積的微生態(tài)機理研究    許科偉

黑龍江省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及仿真    李玉鳳

高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式研究    劉林

信任和關(guān)系承諾對第三方物流整合與績效的影響    羅力

中國糧食流通支持政策研究    王耀鵬

基于DEA方法的農(nóng)地利用效率差異研究    高曉輝

棉花纖維發(fā)育伸長期和次生壁加厚期數(shù)字表達譜分析    閆恒超

資源型城市生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展研究    王旭

煤粉永磁強磁濾器的研究    劉鵬

生物質(zhì)快速熱解制生物質(zhì)油的實驗研究    胡興濤

湘中南地區(qū)農(nóng)村初中學校體育發(fā)展的影響因素及對策研究    譚嘯

旋流內(nèi)循環(huán)厭氧反應器(EIC)處理酒精廢水的試驗研究    丁玉

開發(fā)節(jié)地型居住小區(qū)的技術(shù)措施研究    史玉巖

中國政治發(fā)展過程中的合法性構(gòu)成與獲取研究    畢圣潔

比較優(yōu)勢理論與我國出口制造業(yè)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級策略新析    陳偉

玉米秸稈機械粉碎還田前景分析    郝輝林

秸稈氣化系統(tǒng)經(jīng)濟效益評價    胡夏明,朱學明

秸稈飼料化技術(shù)的研究進展    單洪濤;吳躍明;劉建新;

不同菌株固態(tài)發(fā)酵玉米秸稈生產(chǎn)飼料蛋白的比較研究    李日強,張峰

秸稈資源的開發(fā)現(xiàn)狀與趨勢    楊游;

開發(fā)氨化秸稈飼料 發(fā)展草食牧業(yè)    楊宗沛;

提高秸稈類飼料轉(zhuǎn)化效率方面研究的建議    毛華明，戴志明

纖維素類廢棄物的綜合利用    李日強,席玉英,曹志亮,韓文輝,劉繼青

低質(zhì)粗飼料的營養(yǎng)價值及合理利用    馮仰廉,張子儀

煉油廠剩余污泥厭氧消化優(yōu)化工藝條件的確定    李志東;夏進;林莉;張秀青;張勇;魏莉;

煉油廠剩余污泥中溫與高溫厭氧消化對比實驗    孫娜;李志東;李娜;張勇;張秀清;

剩余污泥的凝聚壓濾脫水    曹殿林,汪國柱

質(zhì)子化焦化污泥作為生物吸附劑對水溶液中活性紅4的吸附性能    崔龍哲;劉成付;吳桂萍;

城市污水處理廠污泥焚燒處理的探討    張翔;宋麗華;邢莉玲;張耀煌;

剩余污泥水解酸化過程中胞外聚合物的影響因素研究    高永青;彭永臻;王建龍;王少坡;張晶宇;

污水處理廠污泥焚燒技術(shù)的研究    宋麗華;

剩余污泥的好氧消化設(shè)計    蔣克彬

無污泥化的生物接觸氧化池運行小結(jié)    孫國華

城市污水處理的污泥減量技術(shù)    張雷,洪瑛,李昭,葉飛,曾向前

鹽度和固液比對剩余污泥中磷釋放的影響    高春梅;朱曉蕓;楊紅;黃慶;風海晨;

UDF+AOSA技術(shù)用于剩余污泥趨零排放及工程應用    傅劍鋒;

城市污水處理廠剩余污泥解偶聯(lián)減量技術(shù)    陳國煒;俞漢青;

超聲強化處理水廠剩余污泥    殷絢;韓萍芳;呂效平;

剩余污泥中微生物絮凝劑的復合提取方法研究    李向蓉;張艷君;戴曉晴;王春暉;

從剩余污泥中提取微生物絮凝劑的超聲法、樹脂法及其聯(lián)用研究    李向蓉;張艷君;張志強;夏四清;

剩余污泥去除水中Cr(Ⅵ)的實驗研究    劉貴鎮(zhèn);王志樓;柳建設(shè);時啟立;謝學輝;

電凝聚強化剩余污泥脫水的研究    黎艷;林海;劉偉巖;常江;

剩余污泥處置及其在礦業(yè)廢棄地復墾中的應用分析    李海波;李亞東;李克順;

三種不同來源的污泥中溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸和污泥有機成分的關(guān)系    劉曉玲;劉和;陳藝陽;堵國成;陳堅;

如何開發(fā)碳源脫氮除磷？    筱薇

大連石化除污裝置泥里淘金100萬元    記者　朱愛華 通訊員　孫繼盛

不用脫色劑 剩余污泥少    趙關(guān)良

大連石化找到絮凝劑降耗新方法    朱愛華 孫繼盛

抓環(huán)保求生存 以治理促發(fā)展    記者 夏澤平 吳俠

常州武進啟動污泥專項整治    蘇訊

印染污泥摻燒制磚    記者陸峰 通訊員林洪

污泥到底去了哪兒？    本報見習記者 李莉　范圣楠 記者 閆艷 高杰

確保全市排污目標完成    記者 王達翃

贛州污泥污水無害化處置三同步    黃洪鑫

剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)酸性能與優(yōu)化    蘇高強

剩余污泥中重金屬污染的蚯蚓活化—花卉植物修復機理研究    白向玉

剩余污泥為燃料的微生物燃料電池產(chǎn)電特性及污泥減量化研究    劉志華

剩余污泥作為低碳氮比生活污水補充碳源的脫氮試驗研究    曹艷曉

剩余污泥減量化處理中細胞物質(zhì)的釋放特性與磷回收研究    王曉霞

超聲聯(lián)合堿促進剩余污泥水解酸化及產(chǎn)物研究    康曉榮

預處理后剩余污泥中溫兩相厭氧消化效能研究    李廣

基于酸堿調(diào)節(jié)的剩余污泥水解酸化及其機理研究    苑宏英

污泥預處理—厭氧消化工藝性能及預處理過程中有機物變化    胡凱

解偶聯(lián)代謝對活性污泥工藝中剩余污泥的減量化作用    葉芬霞

厭氧條件下外加酶強化剩余污泥水解的研究    羅琨

剩余污泥超聲破解的性能與機理研究    王芬

堿減量印染廢水剩余污泥減量化工藝研究    丁凱

剩余污泥制備吸附材料處理重金屬廢水研究    張蔓

剩余污泥與玉米秸稈的共發(fā)酵產(chǎn)酸性能及其數(shù)學模型研究    郭澤沖

熱堿預處理對剩余污泥的溶胞率及發(fā)酵產(chǎn)酸的影響研究    侯玲玲

超聲與機械方法聯(lián)合破解剩余污泥機制的研究    王展

單頻率及雙頻率超聲和堿聯(lián)合預處理技術(shù)對剩余污泥的破解效果研究    趙德君

蚯蚓Eisenia foetide與植物復合系統(tǒng)處理剩余污泥的研究    孟新剛

多孔微生物載體固定床生物反應器處理污水新工藝研究    劉則華