人糞便厭氧處理工藝優(yōu)化和沼氣貯氣膜氣密性研究

【摘要】：人糞便是人類某些疾病的傳播媒介,發(fā)展中國家70%的疾病與糞便的污染性傳染有關(guān)。人糞便是污染源的同時(shí)也是一種資源,其含有豐富的有機(jī)物和氮、磷、鉀營養(yǎng)成分,人糞便經(jīng)無害化處理后再進(jìn)行厭氧消化處理可產(chǎn)生清潔能源.沼氣,但是人糞便中含有大量致病微生物,僅采用厭氧消化處理無法達(dá)到無害化標(biāo)準(zhǔn),因此需要在厭氧消化工藝前增加人糞便無害化預(yù)處理工藝；另外,在沼氣工程中作為平衡產(chǎn)氣與用氣的手段,沼氣貯存環(huán)節(jié)起著舉足輕重的作用,膜材因其較好的力學(xué)性能被廣泛地運(yùn)用于沼氣貯存領(lǐng)域,但國內(nèi)外均未制定專門針對沼氣貯氣膜材氣密性測試標(biāo)準(zhǔn)。針對以上問題,本文一方面對人糞便無害化+厭氧消化處理工藝進(jìn)行了研究,另一方面提出了沼氣貯氣膜氣密性測試方法。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： (1)對人糞便無害化預(yù)處理方法進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,70℃加熱預(yù)處理方法比加堿(pH=10、12)預(yù)處理方法更適合被用于人糞便無害化預(yù)處理。對于TS濃度分別為1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%的人糞便而言,加熱處理完全去除指示性致病微生物的時(shí)間分別為60、60、80、80、100、100、100分鐘,完全去除致病微生物時(shí)間與糞便TS之間的關(guān)系可以用對數(shù)方程y=18.549ln(x)+143.99表示。 (2)研究了加熱無害化預(yù)處理對人糞便特性的影響,研究表明,加熱無害化處理前后,人糞便顆粒間的孔隙度減少,骨架結(jié)構(gòu)并未受到破壞,只是人糞便中官能團(tuán)的含量發(fā)生了變化。另外,人糞便屬于假塑性流體,具有剪切稀化的特點(diǎn),對于最優(yōu)TS為8%的人糞便而言,在最優(yōu)攪拌強(qiáng)度下(G=772/s),人糞便加熱無害化80分鐘時(shí)即可完全去除致病微生物。 (3)對人糞便厭氧消化產(chǎn)甲烷潛能和凈能進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,Gompertz模型與本試驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性較好,可以用來初步預(yù)測人糞便的產(chǎn)甲烷潛能：TS為8%人糞便在中溫厭氧消化條件下,處理每噸干物質(zhì)的凈能為398KWh。 (4)在最優(yōu)攪拌(G=772/s)和TS(8%)條件下,對不同污泥停留時(shí)間時(shí)人糞便CSTR厭氧消化工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究,結(jié)果表明,在污泥停留時(shí)間25天時(shí),沼氣工程的經(jīng)濟(jì)效益最好。人糞便無害化+厭氧消化工藝最優(yōu)參數(shù)為：日處理量30m3、TS=8%、70℃加熱無害化80分鐘、攪拌強(qiáng)度G=772/s、污泥停留時(shí)間25天。 (5)提出了一種沼氣貯氣膜甲烷氣體透過性測試方法,并研究溫度和相對濕度對沼氣貯氣膜氣密性的影響。結(jié)果表明,在相同的濕度下,溫度對透過量的影響顯著,并隨溫度的升高呈線性增長趨勢,滿足阿倫尼烏斯方程;在相同溫度下,透氣量隨相對濕度的變化有所變化但是在相對誤差范圍內(nèi),即透氣量基本不受相對濕度的影響。 【關(guān)鍵詞】：人糞便無(?)化 厭氯消化 動(dòng)力學(xué) 沼氣貯氣膜 膜氣密性
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X799.3
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 縮寫和符號(hào)清單12-13
• 1 引言13-15
• 2 文獻(xiàn)綜述15-31
• 2.1 人糞便及處理技術(shù)15-20
• 2.1.1 人糞便特性15-19
• 2.1.2 糞便處理技術(shù)19-20
• 2.2 預(yù)處理技術(shù)20-22
• 2.3 厭氧消化技術(shù)22-27
• 2.3.1 厭氧消化原理22-23
• 2.3.2 厭氧消化影響因素23-27
• 2.4 沼氣貯氣膜氣密性測試27-31
• 2.4.1 沼氣貯氣膜簡介27-29
• 2.4.2 膜材氣密性測試原理29
• 2.4.3 膜材氣密性影響因素29-31
• 3 研究內(nèi)容、目的和方法31-43
• 3.1 研究目的和意義31
• 3.2 研究內(nèi)容31-34
• 3.3 研究方法34-39
• 3.3.1 厭氧試驗(yàn)樣品34-35
• 3.3.2 厭氧試驗(yàn)裝置35-37
• 3.3.3 膜測試樣品37-38
• 3.3.4 膜測試裝置38-39
• 3.4 測試指標(biāo)及方法39-43
• 3.4.1 化指標(biāo)39-40
• 3.4.2 微生物指標(biāo)40-43
• 4 不同無害化預(yù)處理對致病微生物的去除效果43-68
• 4.1 試驗(yàn)設(shè)置43-45
• 4.1.1 試驗(yàn)方法43-44
• 4.1.2 微生物去除動(dòng)力學(xué)分析方法44-45
• 4.2 加熱無害化預(yù)處理45-53
• 4.2.1 加熱處理對致病微生物的去除效果45-47
• 4.2.2 致病微生物去除動(dòng)力學(xué)分析47-50
• 4.2.3 加熱處理對厭氧消化效果的影響50-52
• 4.2.4 TS對完全去除致病微生物時(shí)間的影響52-53
• 4.3 加堿無害化預(yù)處理53-65
• 4.3.1 加堿處理對致病微生物的去除效果53-57
• 4.3.2 致病微生物去除動(dòng)力學(xué)分析57-62
• 4.3.3 加堿處理對厭氧消化效果的影響62-64
• 4.3.4 TS對完全去除致病微生物時(shí)間的影響64-65
• 4.4 兩種無害化預(yù)處理效果比較65-66
• 4.5 小結(jié)66-68
• 5 加熱預(yù)處理對人糞便特性的影響68-86
• 5.1 試驗(yàn)設(shè)置68-69
• 5.1.1 試驗(yàn)方法68
• 5.1.2 速度梯度計(jì)算方法68-69
• 5.2 加熱預(yù)處理對人糞便結(jié)構(gòu)的影響69-72
• 5.2.1 掃描電鏡分析69-70
• 5.2.2 FTIR圖譜分析70-72
• 5.3 人糞便流變特性研究72-80
• 5.3.1 表觀粘度73-77
• 5.3.2 剪切應(yīng)力77-80
• 5.4 攪拌強(qiáng)度對人糞便加熱無害化的影響80-84
• 5.4.1 速度梯度80-81
• 5.4.2 攪拌對熱處理去除致病微生物的影響81-83
• 5.4.3 攪拌強(qiáng)度對人糞便水解的影響83-84
• 5.5 小結(jié)84-86
• 6 人糞便厭氧消化潛能和凈能分析86-96
• 6.1 試驗(yàn)設(shè)置86-88
• 6.1.1 試驗(yàn)方法86-87
• 6.1.2 分析方法87-88
• 6.2 人糞便產(chǎn)甲烷潛能分析88-94
• 6.2.1 產(chǎn)氣量分析88-91
• 6.2.2 有機(jī)物降解率及消化單位VS產(chǎn)氣量91-92
• 6.2.3 產(chǎn)氣動(dòng)力學(xué)分析92-94
• 6.3 人糞便厭氧消化凈能量分析94-95
• 6.4 小結(jié)95-96
• 7 人糞便CSTR厭氧消化工藝優(yōu)化研究96-110
• 7.1 試驗(yàn)設(shè)置96-97
• 7.1.1 試驗(yàn)方法96
• 7.1.2 分析方法96-97
• 7.2 產(chǎn)氣量及甲烷含量分析97-99
• 7.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析99-104
• 7.3.1 pH、ORP99-102
• 7.3.2 VFA、TA102-104
• 7.4 經(jīng)濟(jì)性分析104-109
• 7.5 小結(jié)109-110
• 8 沼氣貯氣膜氣密性研究110-121
• 8.1 測試方法比較與選擇110-112
• 8.2 測試壓差的選擇112-113
• 8.3 測試裝置誤差分析113-116
• 8.3.1 系統(tǒng)誤差113
• 8.3.2 隨機(jī)誤差113-116
• 8.4 環(huán)境條件對貯氣膜氣密性的影響116-120
• 8.4.1 溫度116-118
• 8.4.2 相對濕度118-120
• 8.5 小結(jié)120-121
• 9 結(jié)論121-125
• 9.1 主要結(jié)論121-122
• 9.2 創(chuàng)新點(diǎn)122-123
• 9.3 展望123-125
• 參考文獻(xiàn)125-138
• 作者簡歷及在學(xué)研究成果138-142
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集142

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