污泥厌氧消化对脱水性能的影响及污泥预处理技术研究

摘要

污泥产量大且含有大量有毒有害物质限制了污泥的处理处置。厌氧消化是一种有效的污泥稳定化的方法，但厌氧消化能耗很大。污泥中的重金属元素是制约污泥土地利用的主要因素。因此本课题研究不同投配率对中温厌氧消化反应器运行的影响，并探讨了厌氧消化对污泥中重金属和脱水性能的影响，同时考察了不同因素对污泥预处理的影响，旨在寻求适合我国的有效的污泥处理处置工艺。
　　采用半连续流污泥中温厌氧消化反应器，每天按不同污泥投配率加泥和排泥。研究结果表明，5％投配率下污泥厌氧消化反应器对COD的平均去除率最大，其值为43.52%，且5%投配率下单位污泥日产气量最大，其值为2.104 mL/mL污泥。
　　采用重金属的五步提取法分析污泥中的重金属形态，测定污泥的比阻及胞外聚合物含量评价污泥的脱水性能，对未消化污泥及不同投配率下厌氧消化污泥进行了研究。厌氧消化过程提高了污泥中的重金属的稳定性。厌氧消化后，污泥比阻增大，而且污泥中胞外聚合物的含量降低，污泥脱水性能下降，且投配率越低脱水性能下降越厉害。加PAM调理后，5%、7%、9%投配率厌氧消化污泥的比阻从4.11×1013m/kg、6.58×1013m/kg、7.60×1013m/kg下降到了5.1×1012m/kg、5.7×1012m/kg、9.1×1012m/kg，脱水性能得到明显的改善。
　　采用单独超声、单独加碱及超声和碱联合对污泥进行破解，研究破解前后污泥中SCOD、温度、pH及碱度的变化。单独超声处理，SCOD增加值随超声作用时间、声能密度增加而增加。在声能密度为2W/mL、作用时间为30min时，SCOD增加值达到最大值11683mg/L。单独碱处理，SCOD增加值随pH、作用时间增加而增加。在pH为12、作用时间为24h时，SCOD增加值达到最大值7223mg/L。超声和碱耦合处理，SCOD增加值随pH、作用时间增加而增加。在pH为12，超声时间为30min，SCOD增加值达到最大值16730mg/L。超声和碱联合处理效果明显优于单独的超声破解和碱破解，且污泥温度随破解时间的延长而明显提高，这有利于后续污泥厌氧消化。
　　5%投配率下厌氧消化反应器运行效果最佳，厌氧消化对污泥中重金属具有一定的稳定作用，超声和碱联合预处理对污泥中SCOD的溶出作用明显，这些成果可为污泥处理处置工艺的选择提供参考。

目录

污泥厌氧消化对脱水性能的影响及污泥预处理技术研究

EFFECT OF ANAEROBIC DIGESTION ON SLUDGE DEWATERABILITY AND SLUDGE PRETREATMENT TECHNOLOGIES

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 剩余污泥厌氧消化技术

1.2.1 剩余污泥的产生

1.2.2 剩余污泥的特性

1.2.3 厌氧消化机理

1.3 重金属形态分析技术

1.3.1 重金属形态分析的概念及意义

1.3.2 重金属形态分析国内外研究现状及进展

1.4 污泥脱水技术国内外研究现状及进展

1.4.1 污泥调理

1.4.2 污泥化学组成对污泥脱水性能的影响

1.5 超声波预处理技术

1.5.1 超声波定义

1.5.2 超声空化产生的原理

1.5.3 超声波预处理影响因素

1.5.4 污泥超声研究国内外现状及进展

1.6 课题来源、研究内容、目的及意义

1.6.1 课题来源

1.6.2 研究内容

1.6.3 研究目的及意义

第2章 实验材料和方法

2.1 实验材料

2.2 实验装置与设备

2.2.1 污泥厌氧消化装置

2.2.2 污泥比阻测定装置

2.2.3 污泥超声破解装置

2.2.4 主要实验仪器与设备

2.3 实验分析及计算方法

2.3.1 实验分析方法

2.3.2 重金属测定方法

2.3.3 比阻测定方法

2.3.4 EPS测定方法

第3章 不同投配率下厌氧消化池运行效果

3.1 实验启动

3.1.1 实验启动方式

3.1.2 启动阶段运行效果

3.2 不同投配率对反应器的各性能指标的影响

3.2.1 反应器运行工况

3.2.2 不同投配率对有机物去除的影响

3.2.3 不同投配率对产气量及气体组分的影响

3.2.4 不同投配率对pH值的影响

3.2.5 不同投配率对碱度的影响

3.2.6 不同投配率对VFA的影响

3.3 本章小结

第4章 污泥厌氧消化对重金属和脱水性能的影响

4.1 不同投配率对污泥中重金属总量及形态分布的影响

4.1.1 不同投配率厌氧消化污泥中重金属总含量

4.1.2 不同投配率厌氧消化污泥中重金属形态分布

4.2 厌氧消化对污泥脱水性能的影响

4.2.1 污泥调理

4.2.2 厌氧消化对污泥比阻的影响

4.2.3 厌氧消化对污泥中胞外聚合物的含量的影响

4.3 本章小结

第5章 污泥厌氧消化预处理

5.1 超声破解污泥的预处理效果

5.1.1 超声声能密度及作用时间对SCOD的增加值的影响

5.1.2 超声声能密度及作用时间对SCOD溶出率的影响

5.1.3 超声声能密度及作用时间对pH的影响

5.1.4 超声声能密度及作用时间对碱度的影响

5.1.5 超声声能密度及作用时间对温度的影响

5.1.6 比耗能与SCOD的关系

5.2 碱破解污泥的预处理效果

5.2.1 碱投加量及作用时间对SCOD增加值的影响

5.2.2 碱投加量及作用时间对SCOD溶出率的影响

5.2.3 碱投加量及作用时间对pH的影响

5.2.4 碱投加量及作用时间对碱度的影响

5.3 超声和碱联合破解污泥的预处理效果

5.3.1 碱投加量及超声作用时间对SCOD增加值的影响

5.3.2 碱投加量及超声作用时间对SCOD溶出率的影响

5.3.3 碱投加量及超声作用时间对pH的影响

5.3.4 碱投加量及超声作用时间对碱度的影响

5.3.5 碱投加量及超声作用时间对温度的影响

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

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢