污泥厭氧消化—微生物電解耦合工藝產(chǎn)甲烷效能分析

【摘要】：本課題以提高剩余污泥資源化利用，厭氧消化產(chǎn)甲烷效能的提高為目標(biāo)。提出了在厭氧消化過(guò)程中，引入微生物電解池加快剩余活性污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的進(jìn)程，提高剩余污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的速率思路。建立剩余污泥厭氧消化與微生物電解耦合產(chǎn)甲烷的體系，構(gòu)建AD-MEC耦合產(chǎn)甲烷工藝形式，并對(duì)反應(yīng)器的啟動(dòng)與運(yùn)行進(jìn)行了初步的探討。 剩余污泥污泥厭氧消化過(guò)程可以產(chǎn)生大量的揮發(fā)性脂肪酸，剩余污泥產(chǎn)酸發(fā)酵反應(yīng)器利用堿處理后的二沉池污泥，取得了穩(wěn)定的產(chǎn)酸效能，揮發(fā)酸濃度由811mgCOD/L達(dá)到了2811mgCOD/L，而且其中乙酸的含量逐漸升高。 以乙酸鈉為底物對(duì)AD-MEC耦合產(chǎn)甲烷反應(yīng)器進(jìn)行啟動(dòng)，和對(duì)照組單獨(dú)AD產(chǎn)甲烷反應(yīng)器相比較。啟動(dòng)期穩(wěn)定后耦合產(chǎn)甲烷的反應(yīng)器利用乙酸鈉為底物的產(chǎn)甲烷速率達(dá)到0.031m3CH4/m3d，而對(duì)照組速率0.016m3CH4/m3/d，微生物電解池輔助系統(tǒng)的加入對(duì)單純AD產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的產(chǎn)甲烷效能有明顯提高，約提高90%。以乙酸鈉為底物對(duì)耦合反應(yīng)器達(dá)到很好的啟動(dòng)效果，在十四周期左右耦合反應(yīng)器產(chǎn)甲烷效能、對(duì)底物的利用均趨于穩(wěn)定。 待反應(yīng)器啟動(dòng)成功后，以剩余污泥厭氧發(fā)酵液作為復(fù)雜碳源，考察AD-MEC耦合產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的產(chǎn)甲烷效能。穩(wěn)定后耦合反應(yīng)器的產(chǎn)甲烷速率達(dá)到0.17m3CH4/m3d，對(duì)照組AD產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的產(chǎn)甲烷速率為0.064m3CH4/m3d左右，微生物電解池輔助系統(tǒng)的加入對(duì)單純AD產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的產(chǎn)甲烷效能有明顯提高，約提高3倍。剩余污泥中除了可以被產(chǎn)甲烷菌直接利用的乙酸外還有大量的多碳揮發(fā)性有機(jī)脂肪酸，這些多碳揮發(fā)性有機(jī)脂肪酸不能被產(chǎn)甲烷菌直接利用，需要在厭氧消化過(guò)程中先水解發(fā)酵生成乙酸，才能被產(chǎn)甲烷菌利用，因此厭氧消化過(guò)程較為復(fù)雜，酸類(lèi)的不及時(shí)利用也是產(chǎn)甲烷速率低的原因。微生物電解池可以利用復(fù)雜的有機(jī)底物，在外電路的作用下使電子迅速傳遞。因此將微生物電化學(xué)系統(tǒng)引入到污泥厭氧消化過(guò)程中，微生物電解池利用剩余污泥中復(fù)雜的有機(jī)物，因此微生物電解系統(tǒng)輔助厭氧消化可以加快其產(chǎn)甲烷效能。 根據(jù)AD-MEC產(chǎn)甲烷反應(yīng)的電子平衡的計(jì)算，耦合反應(yīng)器的每日產(chǎn)甲烷量基本等于對(duì)照組反應(yīng)器產(chǎn)甲烷的量與電子傳遞計(jì)算出的理論甲烷產(chǎn)量。這進(jìn)一步驗(yàn)證了微生物電解池對(duì)厭氧消化產(chǎn)甲烷系統(tǒng)的輔助作用。 【關(guān)鍵詞】：厭氧消化 微生物電解 產(chǎn)甲烷 污泥 耦合工藝
【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】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：X703
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 研究背景及目的意義10-11
• 1.1.1 課題來(lái)源10
• 1.1.2 課題研究背景10
• 1.1.3 課題研究目的10-11
• 1.1.4 課題研究意義11
• 1.2 剩余污泥處理處置方法11-12
• 1.2.1 國(guó)外剩余污泥處理工藝及其應(yīng)用情況11-12
• 1.2.2 剩余污泥產(chǎn)酸工藝研究現(xiàn)狀12
• 1.3 MEC 技術(shù)研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3.1 MEC 基本原理與發(fā)展進(jìn)程12-13
• 1.3.2 MEC 處理復(fù)有機(jī)質(zhì)底物的工藝效能13-14
• 1.3.3 MEC 技術(shù)優(yōu)勢(shì)與發(fā)展?jié)撃?/span>14-15
• 1.4 厭氧消化工藝應(yīng)用現(xiàn)狀與存在問(wèn)題15
• 1.5 AD-MEC 耦合工藝研究現(xiàn)狀15-17
• 1.5.1 耦合思想的理論基礎(chǔ)15-16
• 1.5.2 耦合工藝研究進(jìn)展16-17
• 1.6 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線17-19
• 1.6.1 主要的研究?jī)?nèi)容17
• 1.6.2 技術(shù)路線17-19
• 第2章 材料與方法19-26
• 2.1 污泥來(lái)源與性質(zhì)19
• 2.2 試驗(yàn)裝置19-21
• 2.2.1 剩余污泥產(chǎn)酸發(fā)酵反應(yīng)器19-20
• 2.2.2 AD-MEC 耦合產(chǎn)甲烷反應(yīng)器20-21
• 2.3 試驗(yàn)方法21-22
• 2.3.1 剩余污泥厭氧產(chǎn)酸發(fā)酵反應(yīng)器的運(yùn)行操作21
• 2.3.2 AD-MEC 耦合產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的運(yùn)行操作21-22
• 2.4 試驗(yàn)分析項(xiàng)目及其測(cè)定方法22-26
• 2.4.1 試驗(yàn)儀器22-23
• 2.4.2 氣體含量的測(cè)定方法23
• 2.4.3 化學(xué)需氧量（CODCr）的測(cè)定方法23-24
• 2.4.4 發(fā)酵液揮發(fā)性脂肪酸的測(cè)定方法24
• 2.4.5 試驗(yàn)其他測(cè)定指標(biāo)24
• 2.4.6 電化學(xué)指標(biāo)測(cè)定24-26
• 第3章 AD-MEC 耦合工藝產(chǎn)甲烷效能分析26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 AD-MEC 耦合反應(yīng)器產(chǎn)甲烷效能分析26-29
• 3.3 AD-MEC 耦合反應(yīng)器底物轉(zhuǎn)化規(guī)律29-32
• 3.4 AD-MEC 耦合反應(yīng)器電流變化分析32-33
• 3.5 耦合工藝電子平衡分析33-34
• 3.6 本章小結(jié)34-36
• 第4章 AD-MEC 耦合工藝?yán)檬Ｓ辔勰喟l(fā)酵液產(chǎn)甲烷效能研究36-53
• 4.1 引言36
• 4.2 剩余污泥產(chǎn)酸發(fā)酵反應(yīng)器的運(yùn)行效能研究36-45
• 4.2.1 污泥水解及碳源濃度變化規(guī)律36-40
• 4.2.2 揮發(fā)酸產(chǎn)量及其組成結(jié)構(gòu)變化規(guī)律40-43
• 4.2.3 氮磷的釋放規(guī)律43-44
• 4.2.4 剩余污泥發(fā)酵液性質(zhì)44-45
• 4.3 發(fā)酵液為底物 AD-MEC 耦合產(chǎn)甲烷反應(yīng)器運(yùn)行效能分析45-52
• 4.3.1 產(chǎn)甲烷效能分析45-46
• 4.3.2 蛋白質(zhì)碳水化合物的降解利用效果46-47
• 4.3.3 短鏈揮發(fā)酸降解利用效果47-49
• 4.3.4 耦合工藝對(duì)溶解性有機(jī)物利用情況49-50
• 4.3.5 耦合工藝電流變化分析50-51
• 4.3.6 電子平衡分析51-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 結(jié)論53-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果58-60
• 致謝60

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