高含固率城市污泥厌氧消化工艺研究

摘要

随着经济的发展，可持续发展的社会需求，当今固体废物处理，已经从过去的污染控制逐步转向了资源的开发。将有机废物转化为生物能源已经成为有机固体废物处理处置的热点。由于污泥土地利用技术受到越来越严格的社会环境限制，厌氧消化在欧美等国家已受到高度重视。采用脱水污泥进行厌氧消化，提高了单位有机质含量，减少了反应器的体积。厌氧消化前对污泥进行双氧水预处理，可以加速污泥的水解过程，从而进一步缩短了消化时间、减少反应器容积、提高甲烷产量。
　　 本试验即研究脱水污泥干法厌氧消化过程的主要影响因素、作用机制及工艺运行参数，形成可行的城市污泥干法消化工艺技术路线;研究系统快速启动的可行性，并对运行参数进行优化，强化其厌氧消化效能，最大化的提取生物质能源。为脱水污泥稳定化处理提供有力的技术支持。
　　 试验结果表明:短停留时间（20天）、高负荷启动，系统氨氮浓度偏高，VFAs较易积累且程度较大，但系统碱度也相对较高，pH未发生明显变化，相对稳定，不会产生抑制现象。当负荷为2.78g/(L·d)时，20天启动与其他反应器产气率均为6.0L左右。负荷为3.71g/(L·d)时，日产气量为7.8L，已超过理论值。当负荷升至5.59g/(L·d)时，日产气量为12L。且甲烷平均含量较高。
　　 污泥的高温厌氧消化，生物气日产生量、VS降解率、产气率都高于中温厌氧消化。高温VS降解率要高于中温VS降解率的5％。二者生物气中甲烷含量基本相同，差别不大。高温反应器氨氮浓度明显高于中温反应器，但此浓度并未影响系统的稳定，在相同的氨氮浓度下，二者游离氨浓度也相差较大，高温几乎是中温的两倍。高温厌氧消化系统中VFAs浓度要明显高于中温厌氧消化系统，其中高温反应器的VFAs以乙酸为主，而中温则以丙酸为主，但高温系统的碱度也较高，因此并未引起系统pH的降低。
　　 双氧水预处理污泥，能够破坏污泥絮体以及微生物的细胞结构，使细胞内的物质由固相进入到液相。TOC和蛋白质、多糖的均随加热时间和H2O2投加量的增加而增加。当投加量大于1.6mL/50g污泥之后，浓度的增加开始趋于平缓。双氧水预处理污泥，VS随H2O2投加量的增加而减少。若加热时间大于40分钟，投加量大于1.6mL/50g污泥时，污泥的VS含量较低，不利于厌氧消化。脱水污泥经双氧水与处理之后，其粘度显著降低，能有效提高干式污泥厌氧消化效率，提高产气率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 城市污泥现状

1．1．1 污泥的特性

1．1．2 污泥的处理处置技术

1．1．3 污泥的资源化开发

1．2 污泥的厌氧消化

1．2．1 厌氧消化的基本过程

1．2．2 厌氢消化的影响因素及工艺改进

1．3 高温污泥厌氧消化

1．4 污泥厌氧消化的预处理方法

1．4．1 酶水解技术

1．4．2 机械破解技术

1．4．3 超声波破解技术

1．4．4 热处理技术

1．4．5 微波处理技术

1．4．6 化学和热化学水解技术

1．4．7 电处理技术

1．4．8 臭氧氧化技术

1．4．9 双氧水氧化技术

1．5 国内外研究现状

1．6 课题研究的主要目的

第2章 试验装置和试验方法

2．1 污泥来源

2．2 试验装置

2．3 试验方法

2．4 分析项目和测定方法

第3章 高温污泥厌氧消化的启动

3．1 日产气量变化情况

3．2 气体中甲烷含量变化

3．3 厌氧消化产气性能分析

3．3．1 厌氧消化中VS的降解率

3．3．2 氨氮的抑制

3．4 厌氧消化系统中的酸碱性

3．4．1 厌氧消化过程中挥发性脂肪酸(VFAs)的变化

3．4．2 厌氧消化过程中碱度的变化

3．4．3 厌氧消化过程中pH值的变化

3．5 本章小结

第4章 温度对污泥厌氧消化的影响

4．1 日产气量的变化

4．2 降解率的变化

4．3 产气率

4．4 甲烷含量

4．5 氨氮

4．6 碱度

4．7 VFAs

4．8 pH的变化

4．9 本章小结

第5章 预处理对污泥性质的影响

5．1 双氧水预处理污泥TOC的变化

5．2 双氧水预处理污泥蛋白质、多糖浓度的变化

5．3 双氧水预处理污泥VS／TS的变化

5．4 双氧水预处理污泥粘度的变化

5．5 本章小结

第6章 结论

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况