超声和碱联合预处理剩余污泥的厌氧消化及余热利用研究

论文摘要

为了提高污泥厌氧消化效率,对污泥进行预处理,可以加快污泥胞内有机物的释放和水解,缩短消化周期,减小消化池池容,改善污泥厌氧消化性能,提高污泥产气量。其中超声波和碱解是比较有效且具有应用前景的方法,本试验以城市污水厂剩余活性污泥为对象,研究了超声波、碱解以及超声+碱预处理对污泥泥质、后续中温厌氧消化性能以及能耗的平衡性的影响。预处理试验主要对比了不同超声声能密度、不同超声时间以及不同碱的投加量和碱解时间对剩余污泥的破解效果。研究结果表明,超声声能密度越大破解时间越长,超声效果越好,有机物的溶出率越大,在2.0W/ml下超声30min后的SCOD+最大;同样碱投加量越大且碱解时间越长,碱解效果也越好,pH为12下碱解24h的污泥SCOD+最大;超声+碱预处理污泥在pH为12,1.5W/ml超声30min的SCOD+最大。3种预处理方法对污泥的SS、VSS均有一定的去除,其中超声+碱的效果最好,而且预处理造成的pH、碱度、氨氮以及VFA的变化均不足以影响后续的厌氧消化。经综合比较,分别选定1.5W/mL下超声30min、pH值为11下碱解24h、pH值为11碱解后再在1.5W/mL下超声30min的预处理污泥进行厌氧消化,与对照组相比,分别研究了不同投配率下的中温厌氧消化效果。研究结果表明,投配率越低越有利于污泥消化,即5%投配率下各反应器运行效果最好,与对照组相比,超声组、碱解组、超声+碱组COD的去除率分别提高了13.5%、14.4%和38.6%,而且预处理污泥在不减少COD去除率的前提下,消化运行周期至少缩短了6d,减小了消化池容积;平均日产气量分别提高了57.9%、60%和121%。预处理后的污泥在消化过程中增大了对固体含量的去除率,改善了消化效果,投配率越低越有利于VS和VSS的去除,特别是超声+碱组在5%投配率下运行时,对VS和VSS的去除率高达52.2%和63.2%。本文对消化出泥的余热进行利用,消化出泥和进泥进行对流热交换,且在HRT为10min时的传热效果最好,可将进泥加热至27.8oC,减少了加热污泥的能耗。经能耗平衡分析,与对照组相比,在不降低污泥降解率的条件下,预处理污泥缩短了消化周期,节省了大量的加热及搅拌的耗能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 污泥的厌氧消化技术
• 1.2.1 厌氧消化原理
• 1.2.2 厌氧消化的特点
• 1.2.3 国内外研究现状和存在的问题
• 1.3 污泥预处理技术
• 1.3.1 超声波处理法
• 1.3.2 碱处理法
• 1.3.3 超声与碱联合预处理法
• 1.3.4 其它预处理方法
• 1.4 污泥厌氧消化的能耗分析
• 1.4.1 能耗的现状分析
• 1.4.2 热交换在污泥处理中应用现状
• 1.5 课题来源、研究内容、目的及意义
• 1.5.1 课题研究目的及意义
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 污泥泥质
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 厌氧消化装置
• 2.2.2 超声预处理装置
• 2.2.3 热交换装置
• 2.2.4 主要实验仪器与设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 超声与碱的预处理方法
• 2.3.2 厌氧消化实验方法
• 2.3.3 热交换实验方法
• 2.4 分析方法
• 第3章 不同预处理方法对剩余污泥泥质的影响
• 3.1 超声波预处理对剩余污泥泥质的影响
• 3.1.1 超声波处理时间和声能密度对污泥SCOD的影响
• 3.1.2 超声波处理时间和声能密度对污泥酸碱度的影响
• 3.1.3 超声波处理时间和声能密度对温度的影响
• 3.1.4 超声波处理时间和声能密度对氨氮的影响
• 3.1.5 超声波处理时间对污泥中固体含量的影响
• 3.2 碱预处理对剩余污泥泥质的影响
• 3.2.1 pH值和碱解时间对污泥SCOD的影响
• 3.2.2 pH值和碱解时间对污泥酸碱度的影响
• 3.2.3 pH值和碱解时间对污泥氨氮的影响
• 3.2.4 碱解时间对污泥中固体含量的影响
• 3.3 碱和超声联合预处理对剩余污泥泥质的影响
• 3.3.1 碱投加量和超声时间对污泥SCOD的影响
• 3.3.2 碱投加量和超声时间对污泥酸碱度的影响
• 3.3.3 碱投加量和超声时间对污泥氨氮的影响
• 3.3.4 超声时间对固体含量的影响
• 3.3.5 不同预处理对VFA的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 超声和碱预处理对污泥厌氧消化的影响
• 4.1 反应器启动
• 4.2 超声和碱预处理后对污泥厌氧消化性能的影响
• 4.2.1 超声和碱预处理对有机物降解的影响
• 4.2.2 超声和碱预处理对固体含量的影响
• 4.2.3 超声和碱预处理对酸碱度的影响
• 4.2.4 超声和碱预处理对氨氮的影响
• 4.2.5 超声和碱预处理对产气的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 消化过程中余热的利用和能量衡算
• 5.1 泥-泥热交换利用消化污泥的余热
• 5.1.1 污泥在不同流态下的热交换
• 5.1.2 不同泥质污泥的热交换
• 5.1.3 泥-泥热交换的能量消耗评价
• 5.2 预处理污泥消化过程的能量衡算
• 5.2.1 能量的输入/能量的输出
• 5.2.2 预处理对消化过程中的能耗影响
• 5.3 厌氧消化热能平衡分析
• 5.3.1 总耗热量计算
• 5.3.2 消化过程产出热量
• 5.3.3 能量平衡分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢