污泥发酵产酸条件优化研究

论文摘要

面对城市污水处理厂低C/N比生活污水由于碳源缺乏而导致脱氮除磷效率较低的现状,开发利用污泥内碳源为BNR(Biological Nutrients Removal)系统进行碳源补给成已为目前污水处理领域的研究热点。污泥在厌氧条件下发酵可产出大量可溶性有机质,尤其是小分子挥发酸类物质是极易被微生物利用的有利基质。本研究着眼于在厌氧条件下对初沉污泥和二沉污泥两种性质不同的污泥进行发酵研究,探索pH和发酵时间对发酵溶出各有机物如SCOD、碳水化合物、蛋白质、各种挥发酸等和发酵副产物如氨和磷的影响。在此基础上提出针对不同污泥进行发酵产酸的较优工作参数;并设计运行发酵反应器,考察反应器内有机物的溶出过程,发酵混合液的分离及有机底物的转移,转化效率。旨在为碳源缺乏的BNR系统最大限度的提供连续,稳定,有效的碳源补给的工程实现提供技术参考。首先,通过序批试验研究初沉污泥和二沉污泥在不同pH值和发酵时间内各物质的溶出规律,结果表明:碱性条件明显有利于SCOD和VFAs的溶出,且SCOD在发酵前期迅速溶出,初沉污泥在SRT=2d时达最高,二沉泥SRT=4d达最高;较长的SRT有利于VFAs的产生,初沉污泥在SRT=7.5~9.5 d时VFAs产量较大,二沉污泥在SRT=7.5 d时产量较大;结合SCOD和VFAs两者的溶出规律,本研究中得出的初沉污泥最佳的发酵条件为pH=9,SRT=9.5d,二沉污泥的最佳发酵条件为pH=10,SRT=7.5d。其次,通过对两种污泥发酵的对比研究得出:初沉污泥不仅能在较短时间内产生大量的SCOD和VFAs,而且氨磷的释放较少,因此在初沉污泥足量的条件下单一利用初沉污泥发酵是最有效的方式。稳定后虽二沉污泥的氨磷释放率远高于初沉污泥(分别高出58.7%,73.1%)但单位二沉污泥发酵溶出SCOD的量高于初沉污泥单位溶出量(高出25.4%),结合大多数污水厂对两种污泥进行混合处理的现实,提出适当配比下混合污泥在pH=10,SRT=8d条件下进行发酵也能在溶出大量的SCOD,VFAs的同时减轻对后续处理单元的影响。再次,通过以二沉污泥为底泥的连续流碱性发酵反应器的运行研究表明:进入稳定期后,主体区内的VSS、SCOD及VFAs的产量较稳定分别为4079 mg/L、3063 mgCOD/L、1252 mgCOD/L。VFAs中乙酸占了主要部分(41.12%),其次是丙酸(23.57%),异戊酸(15.38%);发酵液液相中的氨含量(66.15mg/L)与生活污水中含量接近,因此可以忽略对后续处理系统的影响,但值得注意的是发酵液中磷的含量较高(201.4mg/L),因此有必要单独针对磷进行化学除磷的前处理。最后,通过元素平衡分析了污泥在发酵过程中的物质转移转化规律,得出C、N和P从污泥固相经发酵转移到液相中的转移效率分别为3.2%、16.8%和17.3%。可见污泥中的C还有较大的开发空间。针对发酵混合泥水分离困难的问题,采用淘洗技术,SCOD的一次淘洗效率为68%,为提高效率可采用多次淘洗技术。在淘洗过程中,三种元素的总量基本能保持平衡。C元素在淘洗过程中能够较有效的从淘洗前混合泥液相中转移到静沉区上清液中,淘洗效率为86%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题背景
• 1.2.1 城市污泥现状
• 1.2.2 污泥分类及性质
• 1.2.3 污泥发酵产酸机理
• 1.2.4 污泥发酵产酸研究现状
• 1.3 研究内容及意义
• 第2章 材料与方法
• 2.1 污泥来源及性质
• 2.1.1 序批试验用泥
• 2.1.2 静态发酵反应器用泥
• 2.1.3 连续流碱性发酵反应器用泥
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 序批试验方法
• 2.2.2 静态发酵反应器运行方法
• 2.2.3 连续流碱性发酵反应器运行方法
• 2.3 试验分析项目与检测方法
• 2.3.1 实验设备
• 2.3.2 常规指标测定
• 2.3.3 非常规指标测定
• 第3章 初沉污泥发酵研究
• 3.1 试验条件的确定
• 3.2 产物溶出规律
• 3.2.1 SCOD溶出规律
• 3.2.2 碳水化合物和蛋白质的溶出规律
• 3.2.3 VFAs溶出规律及组分变化规律
• 3.2.4 SCOD组分变化规律
• 3.2.5 氨磷溶出规律
• 3.3 本章小结
• 第4章 二沉污泥发酵及与初沉污泥发酵的对比研究
• 4.1 二沉污泥发酵
• 4.1.1 SCOD溶出规律
• 4.1.2 碳水化合物和蛋白质的溶出规律
• 4.1.3 VFAs溶出规律及组分变化规律
• 4.1.4 SCOD组分变化规律
• 4.1.5 氨磷溶出规律
• 4.2 初沉污泥和二沉污泥发酵的对比研究
• 4.2.1 SCOD溶出对比
• 4.2.2 碳水化合物及蛋白质的溶出对比
• 4.2.3 VFAs的溶出对比
• 4.2.4 SCOD的组分含量对比
• 4.2.5 氮磷溶出对比及强化BNR的能力评价
• 4.2.6 讨论
• 4.3 本章小结
• 第5章 污泥碱性发酵反应器效能研究
• 5.1 静态反应器运行效果分析
• 5.1.1 二沉污泥碱性发酵反应器
• 5.1.2 混合污泥碱性发酵反应器
• 5.1.3 静态反应器发酵效果对比分析
• 5.2 连续流碱性发酵反应器的运行效能分析
• 5.2.1 各物质溶出状况
• 5.2.2 稳定期内的物质溶出效果
• 5.2.3 静沉转移效率
• 5.2.4 平衡分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢