上升流速和有机负荷对产氢颗粒污泥影响研究
发布时间：2020-05-16 11:32
【摘要】：氢气具有热值高、无污染、可再生等特点,是理想的清洁能源。升流式厌氧污泥床(UASB)产氢反应器具有生物量高和抗冲击负荷能力强的特点,是当前研究的热点。液体上升流速和有机负荷是UASB产氢反应器运行的基本工艺参数,探讨液体上升流速和有机负荷条件对系统的影响机制,研究两者与颗粒污泥特性和生物降解规律之间的互动关系,可以为现有工艺的合理设计、优化运行和反应器的改造提供有力的支持。本研究首先考察了UASB产氢反应器的启动特性,分析了启动过程中产氢、污泥量、pH和氧化还原电位(ORP)等发酵特性和胞外聚合物(EPS)组分的变化。然后分别改变液体上升流速和有机负荷,分析了其对产氢特性和颗粒污泥性质的影响。研究成果如下:(1)UASB反应器经过70 d启动成功,形成了厌氧产氢颗粒污泥,其呈现层次分明的多孔网状结构;产氢速率在4.48～4.98 L/(L?d),pH在5.0～5.61,ORP在-506～-565 mV,表现出较好的稳定性。EPS增加促进了污泥颗粒化,前期松散附着的胞外聚合物(LB-EPS)含量高于紧密粘附的胞外聚合物(TB-EPS),有利于细小颗粒和絮体粘结吸附,促进颗粒污泥体貌形成,后期颗粒化完成后TB-EPS含量比LB-EPS高29.50 mg/g VSS,有利于维持颗粒污泥结构的稳定性。(2)在进料浓度保持在9.3 g/L的条件下,液体上升流速从0.15 m/h增大至0.6 m/h,颗粒污泥EPS含量从99.48 mg/g VSS增加至214.51 mg/g VSS,平均粒径从0.7 mm增大到1.48 mm;LB-EPS在EPS中的含量百分比减少,TB-EPS的含量百分比增加;颗粒污泥强度增大。上升流速增大至1.2 m/h,反应器运行不稳定,生物量减少,污泥沉降性能变差。因此上升流速0.6 m/h条件下培养的颗粒污泥性能较好。(3)在液体上升流速保持在0.15 m/h的条件下,有机负荷从40 gCOD/(L?d)增加至80gCOD/(L?d),产氢速率逐渐增加,VSS从42.99 g/L增加到78.68 g/L,颗粒污泥平均粒径从0.7 mm增大到1.92 mm,EPS含量从103.49 mg/g VSS增加至283.85 mg/g VSS。且在有机负荷为80gCOD/(L?d)时,产氢速率达到最大,为9.02 L/(L?d);丁酸加乙酸的含量占总液相产物的质量分数在68%以上,呈现丁酸型发酵;葡萄糖利用率高于97%;颗粒污泥EPS含量较高,TB-EPS的含量为194.64 mg/g VSS,其含量是LB-EPS的2.18倍,颗粒污泥结构紧实,沉降性能良好。有机负荷增加至90 gCOD/(L?d),产氢速率降低,系统运行不稳定。
【图文】：
但是其利用结构仍以化石能源为主[1]。在经济发展益迫切，优化和调整能源结构已经上升为国家发展战略。人类社化石能源，氢气具有热值高、无污染、可再生等特点，作为一开发利用备受关注[2,3]。2010 2011 2012 2013 2014 2015 201601020304050源消能总量费亿(标准吨)煤年份图 1-1 2010-2016 全国能源消费总量Fig. 1-1 The national energy consumption from 2010 to 2016
图 2-1 气相代谢产物的气相色谱图Fig. 2-1 Gas chromatogram of a sample of gas metabolic products2.2.2 发酵液葡萄糖含量的测定发酵液中的葡萄糖含量采用 3，5-二硝基水杨酸法（DNS）测定。首先绘制标准曲线，具体方法如下：取 9 支具塞试管按照表 2-4 所示的试剂配比进行操作，将各管摇匀后置于水浴锅（100℃）中 5min，然后用自来水迅速将其冷却，再向每管加入 21.5ml 的蒸馏水后混合均匀，然后在λ=54nm 的波长条件下测定各试管样品的吸光度，绘制如图 2-2 所示的标准曲线。表 2-4 制作葡萄糖标准曲线试剂添加量Tab. 2-4 Reagent addition for standard curve of glucose试剂管号1 2 3 4 5 6 7 8 9葡萄糖标准液(mL) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6蒸馏水(mL) 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4水杨酸溶液(mL) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5葡萄糖含量(mg) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6从反应器最上部取样口取 10 mL 上清液离心（2000 r/min，2 min），然后吸取上清液，，按表
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ116.2;X703
【图文】：
但是其利用结构仍以化石能源为主[1]。在经济发展益迫切，优化和调整能源结构已经上升为国家发展战略。人类社化石能源，氢气具有热值高、无污染、可再生等特点，作为一开发利用备受关注[2,3]。2010 2011 2012 2013 2014 2015 201601020304050源消能总量费亿(标准吨)煤年份图 1-1 2010-2016 全国能源消费总量Fig. 1-1 The national energy consumption from 2010 to 2016
图 2-1 气相代谢产物的气相色谱图Fig. 2-1 Gas chromatogram of a sample of gas metabolic products2.2.2 发酵液葡萄糖含量的测定发酵液中的葡萄糖含量采用 3，5-二硝基水杨酸法（DNS）测定。首先绘制标准曲线，具体方法如下：取 9 支具塞试管按照表 2-4 所示的试剂配比进行操作，将各管摇匀后置于水浴锅（100℃）中 5min，然后用自来水迅速将其冷却，再向每管加入 21.5ml 的蒸馏水后混合均匀，然后在λ=54nm 的波长条件下测定各试管样品的吸光度，绘制如图 2-2 所示的标准曲线。表 2-4 制作葡萄糖标准曲线试剂添加量Tab. 2-4 Reagent addition for standard curve of glucose试剂管号1 2 3 4 5 6 7 8 9葡萄糖标准液(mL) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6蒸馏水(mL) 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4水杨酸溶液(mL) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5葡萄糖含量(mg) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6从反应器最上部取样口取 10 mL 上清液离心（2000 r/min，2 min），然后吸取上清液，，按表
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ116.2;X703
【参考文献】
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1 金淑芳;张q
本文编号：2666674
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