剩余污泥固态法厌氧消化产沼气过程的研究

论文摘要

目前,我国城市污水处理量迅速增加。在城市污水处理中,一般会产生占污水体积0.02%的污泥,数量巨大,是亟待处理的城市固体废物。其中的剩余污泥（waste activated sludge,WAS）有机质含量为城市污水的10倍,生物易降解的有机组分含量为有机固体总量的59%88%,是很好的厌氧消化产沼气基质,其研究空间和实用意义甚大。为了加速剩余污泥的水解过程,缩短反应周期并提高其厌氧消化效率,本文采用碱、热、微波和酶法对剩余污泥进行预处理,比较了四种不同的预处理方法对剩余污泥厌氧消化产沼气过程的影响,结果表明,不同的预处理方法均可不同程度地提高产气量和甲烷含量。其中,经酶法处理后,剩余污泥前4小时产气速率最快,平均每小时为3.29 ml/gVS;经热处理后,剩余污泥累积产气量最多,为45.80 ml/gVS,比对照提高了230%;而经微波处理后,剩余污泥所产沼气中甲烷含量最高,为62.26%,比对照增加了130%。将剩余污泥和厨余垃圾单独进行厌氧消化时沼气产量和甲烷含量都很低,本文将剩余污泥和厨余垃圾两大有机废弃物混合进行厌氧消化,研究了厌氧消化过程中碳氮比（C/N）、胞外多聚物（EPS）组成变化对沼气产量的影响。结果表明,随着剩余污泥中厨余垃圾添加量的增加,厌氧消化系统中碳氮比、胞外多聚物等生理生化指标均有不同程度的改善。其中当剩余污泥与厨余垃圾比例为2:1时,混合有机废弃物中沼气产量和甲烷含量均达到最大值156.56 ml/gVS和67.52%,分别比剩余污泥单独厌氧消化时的产气量和甲烷含量提高了4.7倍和1.5倍。反应系统中Fe、Co的含量是充足的,只有Ni表现出了激活作用。当Ni添加量为0.0025ug/gWAS时,对剩余污泥厌氧消化产沼气有较大的促进作用。Ni的加入能使厌氧过程中甲烷菌的优势菌种发生变化,使其由索氏甲烷丝状菌（Mathanosata）占优势转为巴氏甲烷八叠球菌（Methanosarcina）占优势。经过微波预处理（Microwave, MW）,添加厨余垃圾（Kitchen wastes, KW）和微量元素Ni使产气量和甲烷含量逐步得到提高。MW、MW + KW、MW + KW + Ni的产气量分别为62.90 ml/gVS、159.64 ml/gVS、168.22 ml/gVS,比对照样产气量27.26 ml/gVS分别提高1.3倍、4.8倍、5.2倍。甲烷含量分别为56.83%,69.52%和72.35%,比对照样甲烷含量30.95%分别提高0.8倍、1.2倍和1.3倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 剩余污泥的现状、特点及处理方法
• 1.1.1 我国剩余污泥的现状、特点及其危害
• 1.1.2 剩余污泥的常用处理方法及比较
• 1.2 剩余污泥厌氧消化的机理及其技术分析
• 1.2.1 厌氧消化机理
• 1.2.2 厌氧消化中的微生物及其相互关系
• 1.2.3 污泥厌氧消化的影响因素
• 1.3 国内外研究现状与发展动态
• 1.3.1 剩余污泥消化前处理技术
• 1.3.2 中温消化与高温消化相结合
• 1.3.3 甲烷菌产气机制和营养需要的研究
• 1.4 研究目的和内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 不同预处理方法对剩余污泥固态法厌氧消化产沼气的影响研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验装置
• 2.1.3 实验方案
• 2.1.4 分析检测方法
• 2.2 实验结果及分析
• 2.2.1 碱预处理
• 2.2.2 热预处理
• 2.2.3 微波预处理
• 2.2.4 酶预处理
• 2.2.5 各种预处理方法的比较
• 2.3 本章小结
• 第三章 添加厨余垃圾对剩余污泥厌氧消化产沼气过程的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验装置
• 3.1.3 实验方案
• 3.1.4 分析测试方法
• 3.2 实验结果及分析
• 3.2.1 添加厨余垃圾对剩余污泥厌氧消化产沼气量和甲烷含量的影响
• 3.2.2 厨余垃圾添加量对剩余污泥厌氧消化过程中碳氮比的影响
• 3.2.3 厨余垃圾添加量对剩余污泥厌氧消化过程中胞外多聚物（EPS）的影响
• 3.2.4 厨余垃圾添加量对剩余污泥厌氧消化过程中SCOD 的影响
• 3.2.5 厨余垃圾添加量对剩余污泥厌氧消化过程中氨氮的影响
• 3.2.6 厨余垃圾添加量对剩余污泥厌氧消化过程中有机酸变化的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 剩余污泥固态法厌氧消化产沼气的最优过程研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验装置
• 4.1.3 实验方案
• 4.1.4 分析测试方法
• 4.2 实验结果及分析
• 4.2.1 微量金属元素添加量的确定
• 4.2.2 最佳条件下剩余污泥厌氧消化产沼气过程的试验研究
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文的主要研究结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 缩略语表
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文