高含固污泥水热预处理及厌氧消化组分转化研究

发布时间：2018-03-13 05:17

本文选题：高含固污泥　切入点：水热预处理　出处：《西安建筑科技大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：城市污水处理厂污泥产量的逐年增加,而污泥处理能力已经不能满足需求,这是由于常规污泥处理工艺中污泥有机物去除效率低、运行费用高。污泥有机物去除效率低主要由于水解这一限速步骤导致,为了高效、稳定的去除污泥中的有机物,国内外对污泥预处理及厌氧消化开展了大量研究。其中水热预处理被认为可以有效水解污泥中的有机物并提高厌氧消化效率,同时为了降低水热预处理的能耗及厌氧消化池的容积,将进泥的含固率提升至10%以上,形成了高含固污泥水热预处理-厌氧消化工艺,其相关研究主要集中在工艺参数的优化及系统稳定性等方面,而关于组分转化研究较少。以西安市某污水厂脱水污泥为研究对象,采用水热预处理装置及完全混合式厌氧消化反应器,研究其在165℃、50min水热预处理及HRT为20d的中温、高温厌氧消化过程中的碳、氮、磷、硫组分转化规律。通过对水热预处理及厌氧消化过程中的组分转化研究,为高含固污泥水热预处理-厌氧消化工艺的工程应用提供一定的理论参考。同时采用产酸相反应器,研究水热预处理后高含固污泥在HRT为2~5d的中温、高温产酸相中的碳转化规律。通过产酸相的碳转化研究,得出预处理后污泥的在产酸相中的酸生成规律并探讨其可生化性。得出结论如下:(1)通过对水热预处理前、后的高含固污泥组分转化研究,得出165℃、50min水热预处理后高含固污泥VSS水解率为43.35%,水热预处理可以有效破坏污泥细胞壁、释放并水解有机物至液相。水解液的主要组分为溶解态蛋白质(52.18%)及溶解态碳水化合物(20.49%)。水热预处理过程中氮、磷、硫物质表现出不同转化规律,水解液中氮、磷、硫主要以有机氮(70.41%)、磷酸盐(86.07%)及有机硫(99.90%)形式存在。(2)通过高含固污泥厌氧消化的碳转化研究,得出水热预处理后高含固污泥中温厌氧消化在HRT=20d时VSS去除率49%、VFA浓度低于0.3g·L-1,其停留时间有进一步降低的可能性,而未预处理高含固污泥在中温及高温厌氧消化在HRT=20d时VS去除率低于25%。(3)通过高含固污泥厌氧消化的氮、磷、硫转化研究,得出高含固污泥在厌氧消化后的溶解态氮及溶解态磷主要以氨氮(76.71%~94.96%)及磷酸盐(77.45%~91.71%)形式存在。水热预处理后高含固污泥在高温厌氧消化时反应器出现氨抑制现象,氨氮浓度达到3.03 g·L-1,同时p H降至6.57、去除单位VSS产气量降至0.08m3·(kg VSS·d)-1。高含固污泥厌氧消化后沼气中硫化氢浓度均低于120ppm,在未被抑制的反应器中硫化物主要以不溶态硫化物的形式存在(54.87%~89.03%)。(4)经热量平衡计算,高含固污泥水热预处理-厌氧消化工艺的热量输出仅占热量输入的80.76%,在运行时无需补充热量。水热预处理单元热量输出占该工艺总热量输出的80.44%,通过改善该单元的热量回收系统可以进一步降低该工艺的总热量输出。高含固污泥水热预处理-厌氧消化工艺的热量输出占常规厌氧消化工艺的71.03%,同时消化池的容积可以缩减2/3以上,从能耗及投资的角度,高含固污泥水热预处理-厌氧消化工艺优于常规污泥消化工艺。(5)通过水热预处理后高含固污泥在产酸相中的碳转化研究,高含固污泥在中温产酸相中停留时间≤2d时主要发生的反应为酸化反应(VFA浓度为27.12g·L-1)、在2~5d时主要为产乙酸反应(HRT=5d时,乙酸浓度为16.90g·L-1),而水热预处理后高温产酸相中并没有产生大量的乙酸(乙酸浓度0.4 g·L-1)。
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【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703

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