城市污水厂剩余污泥中温两相厌氧消化中试研究

论文摘要

随着我国城市污水处理厂的发展,将产生大量含水率很高的污泥。污泥处理处置方法包括厌氧消化、好氧消化等,而厌氧消化法被认为是经济有效的污泥处理工艺之一。传统单相厌氧消化系统处理污泥产甲烷菌活性低,处理能力和效率均不理想。而两相厌氧消化处理工艺由于将产酸菌和产甲烷菌分别置于两个反应器内并为它们提供了最佳的生长和代谢条件,可使它们能够发挥最大的活性。本文针对长春市污水处理厂污泥的特性,采用两相厌氧消化方式,进行了中试规模的试验研究。考察和分析中温两相厌氧消化反应器系统处理剩余活性污泥的效能,为中温两相厌氧消化系统能在工程中的应用提供技术依据。中温（35℃）两相厌氧反应系统处理后的结果表明:污泥可以在较短的停留时间（10d,其中产酸相2.5d,产甲烷相7.5d）,较高的有机负荷(2.75kgVS.m-3.d-1)下稳定运行,系统VS去除率可达46%,COD去除率维持在41%左右;产甲烷相反应器最大比产甲烷活性为0.19LCH4/（gVS.d）左右,并保持相对稳定;两相内的比INT-DHA都出现了增长,并维持在2532ugINTF/mgVS.h之间;产酸相VFA浓度稳定在16002000mg/L,经产甲烷相消化后,VFA浓度稳定在300500mg/L;污泥中蛋白质降解所产生的NH3使反应体系保持良好的缓冲性能。原污泥pH值介于6.87.2之间,经中温产酸相消化后,平均值为6.46.8之间;进一步经中温产甲烷相反应器消化后,pH值升至6.87.1之间。原污泥ORP稳定在-150-145mV之间,经产酸相消化后ORP为-200mV左右,经产甲烷相消化后ORP为-250-300mV之间。对NH4+-N的测定结果来看,经产酸相反应器和产甲烷相反应器逐渐消化后,NH4+-N的含量逐渐升高,原污泥中NH4+-N平均值为46mg/L,升高至产甲烷相消化后的350mg/L。通过扫描电镜照片观察了厌氧消化污泥微生物微观结构。污泥絮凝体结构几乎完全被破坏,在产甲烷相中,由于存在大量的可降解有机物,污泥颗粒比产酸相松散。在中试试验研究结果的基础上,对中温两相厌氧消化法进行Eckenfelder动力学分析,得出产酸相系数:减速增长速度常数K2=0.0223L.g-1.d-1,不可生物降解物质浓度Sn=24.3184g/L,理论产率Y=3.8095gVSS/gCOD,衰减常数Kd=0.628d-1;产甲烷相系数:减速增长速度常数K2=0.0055L.g-1.d-1,不可生物降解物质浓度Sn=17.8727g/L ;理论产率Y=3.667gVSS/gCOD,衰减常数Kd=0.1826d-1。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 厌氧消化的机理
• 1.3.1 厌氧消化过程中的微生物
• 1.3.2 厌氧消化过程的生化动力学
• 1.3.3 影响微生物厌氧消化的主要因素
• 1.3.3.1 生物固体停留时间（污泥龄）与负荷
• 1.3.3.2 温度
• 1.3.3.3 营养与C/N
• 1.3.3.4 搅拌和混合
• 1.3.3.5 氮的守恒与转化
• 1.3.3.6 有毒物质
• 1.3.3.7 酸碱度、pH 值和消化液的缓冲作用
• 1.4 污泥两相厌氧消化工艺概述
• 1.4.1 基本原理
• 1.4.1.1 两相厌氧消化
• 1.4.1.2 两相厌氧消化工艺微生物特性
• 1.4.2 生物相分离
• 1.4.2.1 相分离的途径
• 1.4.2.2 相分离带来的影响
• 1.4.3 两相厌氧消化工艺的特点
• 1.5 本课题的研究内容、目的及意义
• 第2章 中温两相厌氧消化的试验设备与方法
• 2.1 试验设备
• 2.1.1 工艺与装置
• 2.1.2 基质及投配
• 2.2 试验研究方法
• 2.2.1 试验用主要仪器设备
• 2.2.2 试验测定方法与步骤
• 2.2.2.1 最大比产甲烷速率测定步骤
• 2.2.2.2 比INT-脱氢酶活性测定步骤
• 2.3 厌氧消化反应器的启动与运行
• 第3章 污泥中温两相厌氧消化处理的效能研究
• 3.1 对污泥的有机物去除状况
• 3.2 厌氧消化过程中最大比产甲烷活性变化
• 3.3 厌氧消化过程中比脱氢酶活性变化
• 3.4 厌氧消化过程中污泥沉降性变化
• 3.5 厌氧消化过程中污泥含水率变化
• 3.6 厌氧消化过程中污泥脱水性变化
• 3.7 厌氧消化过程中污泥微观结构变化情况
• 3.8 厌氧消化过程中污泥颗粒大小分布
• 3.9 小结
• 第4章 污泥中温两相厌氧消化处理溶出物特性研究
• 4.1 溶解性COD（SCOD）
• 4.2 PH 值和碱度
• 4.3 ORP 变化
• 4.4 氨氮与TP 变化
• 4.5 有机酸（VFA）
• 4.6 小结
• 第5章 污泥两相厌氧消化处理生物降解动力学分析
• 5.1 基质去除速度
• 5.2 挥发性固体
• 5.3 水力停留时间
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢