市政污泥半连续两相耦合厌氧发酵产乙酸工艺条件研究

论文摘要

本论文研究了市政污泥通过产氢产酸／同型产乙酸两相耦合工艺厌氧半连续发酵生产乙酸的工艺条件,通过同型产乙酸菌的耗氢产乙酸作用解除产氢产酸过程中的氢抑制,强化乙酸生产。全文的研究内容如下：(1)污泥采用半连续耦合系统与序批式耦合系统厌氧发酵产乙酸相比,更有利于乙酸和总VFA的积累。半连续耦合系统乙酸和总酸的总产量分别为21.67 g和39.71 g是序批式发酵的1.36倍和2.01倍。(2)首先研究了在碱性pH,污泥停留时间(SRT)为10d条件下,污泥浓度对耦合系统半连续发酵产乙酸的影响。结果表明：污泥的水解效率随污泥浓度的增加而减少,但是SCOD浓度随着污泥浓度的增加而增加。随着污泥浓度的增加,A相乙酸和总酸的产率都成下降趋势。当污泥浓度为30 gVS/L时,A相乙酸和总酸每日产率达到最大分别为0.123 g/gVS和0.205 g/gVS。随着污泥浓度的增加,A相气体的产量增加,同样的H相乙酸积累也随之增加,当污泥浓度为60 gVS/L寸,气体的日产量达1.61 L,H相乙酸累积也达到最大为1.63g/L。(3)其次研究了在碱性pH,污泥浓度为60g/L时,SRT对耦合系统半连续发酵生产乙酸的影响。结果表明,在确定的SRT条件下,A相中SCOD浓度保持相对的稳定。而SCOD的浓度随着SRT的增大而增加。A相乙酸和总VFA浓度随着SRT的增加而增加。随着SRT的增加,乙酸含量增加而丙酸含量减少,但其它的VFAs含量基本维持稳定。此外H相乙酸的积累随着A相SRT的增大而增加。(4)碱性pH(pH=10.0)和添加BES都能促进A相乙酸的积累,提高乙酸的产率,同时碱性pH比添加BES更有利于污泥的水解。当两种调控方法结合使用时,污泥的水解效率,A相乙酸和TVFA产率都达到最大值,分别为：63.11%.0.27g/gVS、0.40g/gVS;碱性pH和添加BES都非常有效的抑制了甲烷的生产。碱性pH有利于氢气生产(最高达16.96ml/gVS),但是抑制了二氧化碳生产和释放,对H相乙酸的积累非常不利。因此当两种调控方法结合使用时,H相乙酸对整个系统的贡献率仅为7.5%,比中性条件下低的多(最高达31.7%),但是中性条件下整个系统乙酸日产量(0.99g/d)却远低于两种调控方法结合使用时乙酸日产量(3.67g/d)。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 污泥厌氧发酵产酸的原理和主要微生物
• 1.2.1 污泥厌氧发酵产酸的原理
• 1.2.2 污泥厌氧发酵产酸的微生物
• 1.3 污泥厌氧发酵产酸国内外研究进展及存在问题
• 1.3.1 污泥厌氧发酵产酸国内外研究进展
• 1.3.2 目前污泥厌氧发酵产酸存在的问题
• 1.3.3 两相耦合定向产乙酸工艺的提出和研究进展
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第二章 两相耦合系统半连续发酵市政污泥产酸研究
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 污泥的来源及性质
• 2.2.2 种泥的驯化
• 2.2.3 发酵试验装置
• 2.2.4 实验方案及运行条件
• 2.2.5 分析方法
• 2.2.6 数据计算方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 产氢产乙酸相中SCOD浓度变化情况
• 2.3.2 产氢产乙酸相中乙酸及总VFA的变化
• 2.3.3 VFAs的组份变化
• 2.3.4 序批式发酵和半连续发酵耦合系统H相产乙酸的比较
• 2.4 本章结论
• 第三章 污泥浓度对耦合系统半连续发酵产乙酸的影响
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 污泥的来源及性质
• 3.2.2 种泥的驯化
• 3.2.3 发酵试验装置
• 3.2.4 实验方案及运行条件
• 3.2.5 分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 污泥浓度条件下污泥的水解
• 3.3.2 产氢产乙酸相中乙酸及总VFA产率及组成的变化
• 3.3.3 污泥浓度对产氢产乙酸相产气的影响
• 3.3.4 污泥浓度对同型产乙酸相定向产乙酸的影响
• 3.3.5 不同污泥浓度条件下耦合系统乙酸产量比较
• 3.4 本章结论
• 第四章 污泥停留时间对耦合系统半连续发酵产乙酸的影响
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 污泥的来源及性质
• 4.2.2 种泥的驯化
• 4.2.3 发酵试验装置
• 4.2.4 实验方案及运行条件
• 4.2.5 分析方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 污泥停留时间（SRT）对污泥的水解的影响
• 4.3.2 SRT对产氢产乙酸相乙酸和总酸浓度的影响
• 4.3.3 SRT对产氢产乙酸相VFAs组成及产量的影响
• 4.3.4 SRT对A相产气的影响
• 4.3.5 SRT对同型产乙酸相乙酸积累的影响
• 4.4 本章结论
• 第五章 pH值和产甲烷抑制剂调控对耦合系统半连续发酵产乙酸的影响
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 污泥的来源及性质
• 5.2.2 种泥的驯化
• 5.2.3 发酵试验装置
• 5.2.4 实验方案及运行条件
• 5.2.5 分析方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 pH调控和添加BES对剩余污泥水解的影响
• 5.3.2 pH调控和添加BES对A相乙酸产率及VFAs组成的影响
• 5.3.3 不同pH和抑制剂条件对污泥产气的影响
• 5.3.4 不同pH和抑制剂条件对H相乙酸积累的影响
• 5.3.5 不同pH和抑制剂条件下耦合系统乙酸总产量的对比
• 5.4 本章结论
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文