废铁屑强化剩余污泥厌氧消化产甲烷机理研究

发布时间：2017-11-01 04:32

  本文关键词：废铁屑强化剩余污泥厌氧消化产甲烷机理研究

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【摘要】：有关全球气候变化《巴黎协定》落槌预示着污水处理寻求碳中和运行的时代即将来临,使污泥厌氧消化这一老生常谈的技术重获新生。然而,剩余污泥能源转化率较低限制着厌氧消化技术的推广和普及,这就需要采取技术措施予以强化之。实验表明,废铁屑可有效强化产甲烷(CH_4)过程,但促进机理还未曾报道。课题就废铁屑强化污泥厌氧消化产甲烷过程开始实验研究与机理探讨。论文首先就废铁屑强化剩余污泥厌氧消化产甲烷国内外研究现状进行综述。从铁腐蚀析氢(H_2)现象入手,对铁在厌氧系统氧化还原电位(ORP)降低方面的作用、对厌氧微生物生理生化特性的影响、对涉及微生物酶活的影响等进行了全面分析。最后,通过生命周期评估(LCA)方法评价了基于废铁屑的污泥厌氧消化技术对环境的影响及其经济合理性。综述从技术、环境与经济三种不同角度充分论证了废铁屑强化CH_4产量的可行性。前期实验中,分别将废铁屑和Na_2S加入到无生物作用的剩余污泥中,以验证废铁屑和Na_2S同样可起到降低系统内ORP效果;废铁屑与Na_2S的适宜投加量分别为10 g/L和500 mg/L,可以达到ORP=-350 mV之相同效果。Na_2S替代废铁屑加入产甲烷相反应器中实验表明,因废铁屑导致的ORP下降并不足以对甲烷产量提高产生太大影响,从而排除了废铁屑ORP降低导致CH_4增量的强化途径。主体实验采用两相厌氧消化步骤,将10g/L废铁屑分别加入酸化相和产甲烷相,观察废铁屑介入后有机物降解情况、ORP变化、VFAs积累、生物气产量、铁浓度、微生物群落结构和酶活变化,以此分析废铁屑强化甲烷增产的真实作用机理。实验发现,铁加入酸化相和产甲烷后可分别使VSS降解率提高5.0%和13.2%,生物气产量分别提高10.0%和16.5%,CH_4产量分别提高10.1%和21.4%。废铁屑对厌氧消化系统ORP改变以及CH_4增量并不明显;析氢腐蚀对甲烷增产有微弱作用,但贡献甚微,贡献率仅为3.7%;铁对微生物生长繁殖和新陈代谢的促进作用、铁促难降解有机物转化、零价铁电子参与生化反应(假说)等其它因素应该为废铁屑强化甲烷增产的主因,贡献率高达96.3%。
【关键词】：厌氧消化 甲烷 废铁屑 析氢腐蚀 氧化还原电位(ORP)
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题研究背景8-10
• 1.1.1 污水处理“碳中和”运行时代的来临8-9
• 1.1.2 剩余污泥厌氧消化—污水处理厂能源回收的重头戏9-10
• 1.2 课题国内外研究现状10-15
• 1.2.1 剩余污泥厌氧消化工艺10-14
• 1.2.2 零价铁强化污水/泥厌氧处理14-15
• 1.3 课题研究目的、意义及内容15-16
• 1.3.1 课题研究目的、意义15-16
• 1.3.2 课题研究内容16
• 1.4 论文梗概16-17
• 第2章 废铁屑强化污泥厌氧消化产甲烷可行性分析17-30
• 2.1 厌氧铁腐蚀现象18-20
• 2.1.1 铁腐蚀析氢原理18-19
• 2.1.2 析氢速率19
• 2.1.3 H_2对产CH_4的影响19-20
• 2.2 铁对ORP的影响20-22
• 2.3 铁对厌氧微生物的影响22-25
• 2.3.1 厌氧消化系统中的微生物22-23
• 2.3.2 厌氧消化微生物的铁需求23-24
• 2.3.3 铁对硫酸盐还原菌（SRB）的抑制作用24-25
• 2.4 铁促酶活作用25-28
• 2.4.1 铁与酸化阶段之酶25-26
• 2.4.2 铁与产甲烷阶段之酶26-28
• 2.5 废铁屑强化甲烷增产经济性分析28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 实验材料与方法30-40
• 3.1 实验概述30-31
• 3.2 污泥来源、特征及培养31-33
• 3.2.1 污泥的来源和特征31-32
• 3.2.2 污泥的培养和驯化32-33
• 3.3 主要实验试剂33-34
• 3.4 实验仪器34
• 3.5 测定项目及方法34-40
• 3.5.1 气体产量及组分的测定34-35
• 3.5.2 VFAs的测定35-36
• 3.5.3 荧光原位杂交（FISH）36-37
• 3.5.4 厌氧消化关键酶活性的测定37-38
• 3.5.5 铁浓度的测定38
• 3.5.6 其他指标测定方法38-40
• 第4章 废铁屑降低ORP潜力及对产甲烷相甲烷产量影响实验40-45
• 4.1 实验概述40
• 4.2 实验方案40-41
• 4.2.1 废铁屑对ORP的降低效果及投加铁量的确定40
• 4.2.2 ORP对产甲烷相甲烷产量的影响40-41
• 4.3 实验结果与讨论41-44
• 4.3.1 铁对ORP的降低效果及最佳投加铁量41-42
• 4.3.2 Na_2S对ORP的降低效果及Na_2S投加量42-43
• 4.3.3 ORP对产甲烷相甲烷产量影响程度统计学分析43-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 废铁屑强化甲烷增产机理探究实验45-67
• 5.1 实验概述45
• 5.2 实验方案45-47
• 5.3 实验结果与讨论47-64
• 5.3.1 废铁屑对VSS降解率的影响47-48
• 5.3.2 反应体系ORP及VFA分析48-52
• 5.3.3 不同反应器产气量及组分分析52-55
• 5.3.4 铁浓度及铁腐蚀析氢量的确定55-57
• 5.3.5 微生物群落分析57-60
• 5.3.6 厌氧消化关键酶活性分析60-62
• 5.3.7 废铁屑促进污泥厌氧消化产甲烷各机理贡献分析62-64
• 5.4 本章小结64-67
• 第6章 结论与建议67-69
• 6.1 结论67-68
• 6.2 建议68-69
• 参考文献69-78
• 致谢78-79
• 附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录79

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本文编号：1125249