超声破解富碳污泥促进厌氧消化产气效能研究

发布时间：2020-11-10 01:55

　　 污水作为资源能源的载体,具有很大回收潜力。然而现行污水处理工艺往往能耗高、碳排放量大且资源能源回收率低,难以满足当今社会可持续发展战略要求,在降耗的同时回收污水资源能源是未来污水处理技术的重要发展方向。本文提出基于污水污染物富集和厌氧消化的生活污水资源能源回收新技术,采用化学混凝及活性污泥强化混凝辅助微筛工艺的污水污染物富集技术,能实现污水有机物及氮磷资源的大量富集截留,并通过超声破解富碳污泥大大提升厌氧消化产气性能,有效回收污水中的资源能源物质。研究了“化学混凝+微筛”工艺、“活性污泥强化混凝+微筛”工艺的污水污染物富集规律。通过出水有机物、氮磷等物质的富集效能对化学药剂种类和投加剂量、污泥投加量和投加点、微筛孔径和转数等条件进行优化,并对出水有机物特性和富碳污泥性质进行了分析,结果表明:四种混凝剂对污水COD富集效果差别明显,依次为PFCPACPAFCAl2(SO4)3。当PFC投加量为150 mg/L,PAM投加5 mg/L,污染物富集效果较好且具有较高的VSS/TSS;活性污泥在化学混凝前投加且投加量为1500mg/L时,对各种污染物的富集作用均具有明显的强化作用,尤其能极大提高污水SCOD和NH4+-N的富集率,富集率分别达到56.01%和41.44%,是投加污泥前的5.9倍和5.8倍,但活性污泥的引入造成富碳污泥的VSS/TSS有所降低;微筛能极大的截留混凝后聚集的颗粒絮体污泥以及吸附在絮体污泥上的溶解态物质,当微筛孔径不大于100μm,转数为30rpm时,能很好的截留富碳污泥絮体,SS去除率达97.42%。对“污泥强化混凝+微筛”富碳污泥进行超声破解处理,当声能密度为2.1W/m L、超声作用时间为20 min时,污泥上清液SCOD浓度由初始的95.88 mg/L提高到1362.51 mg/L,增加了14.2倍,此时污泥蛋白质和多糖等有机组分也得到了很好的溶出。实验表明低声能密度和短时间的超声作用下从污水富集的NH4+-N能得到快速释放,增加声能密度和时间,NH4+-N浓度增加缓慢,此后主要来自蛋白质类物质的水解。TP释放的浓度近乎与超声时间成正比,声能密度大于1.5 W/m L更利于富碳污泥TP的释放。通过有机和无机组分溶出量与比能耗关系分析可知,富碳污泥的超声比能耗宜控制在6000-8000k J/kg。据红外结果显示“混凝+微筛”富碳污泥和“污泥强化混凝+微筛”富碳污泥中蛋白质和多糖的吸收峰较活性污泥强,说明含量更高,“污泥强化混凝+微筛”富碳污泥经超声处理后其吸收峰减弱,说明蛋白质和多糖溶出,利于厌氧消化。静态厌氧消化实验表明三种富碳污泥产气量显著提高且均具有更高的CH4/CO2值,“混凝+微筛”富碳污泥(R1)、“污泥强化混凝+微筛”富碳污泥(R2)、“污泥强化混凝+微筛”富碳污泥(R3)三种富碳污泥的产气率分别为531 m L/g VS、326 m L/g VS和610 m L/g VS,是对照组剩余污泥(R0)的2.5倍、1.5倍和2.8倍。富碳污泥在整个消化过程中,保持着较低含量的VFAs值和NH4+-N值,没有出现酸抑制和氨抑制现象。根据厌氧消化液相中TP浓度变化规律,R2和R3具有很大的磷回收潜力。R3的底物降解率最大,TS、VS、TCOD降解率分别达51.7%、58.4%和49.9%。厌氧消化体系中重金属含量均处于较低水平,不会抑制厌氧消化产气过程。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 生活污水有机物富集技术及其研究进展
        1.2.1 化学混凝技术
        1.2.2 高负荷活性污泥吸附技术
        1.2.3 筛分过滤技术
    1.3 污泥厌氧消化技术
        1.3.1 污泥厌氧消化技术研究现状
        1.3.2 超声预处理技术在污泥厌氧消化中应用
    1.4 基于污水有机物富集的能源化技术
    1.5 研究目的和研究内容
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 研究内容
        1.5.3 技术路线
第2章 实验材料与方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 实验污水和污泥来源
        2.1.2 化学药剂
        2.1.3 实验仪器
    2.2 实验装置与方法
        2.2.1 污水污染物富集实验
        2.2.2 富碳污泥超声实验
        2.2.3 富碳污泥厌氧消化实验
    2.3 分析项目与检测方法
        2.3.1 常规水质指标检测方法
        2.3.2 三维荧光
        2.3.3 凝胶色谱
        2.3.4 扫描电镜
        2.3.5 红外光谱
第3章 污泥强化混凝+微筛富集污水污染物效能研究
    3.1 化学混凝+微筛工艺富集污水污染物研究
        3.1.1 对有机物富集的影响
4
+-N富集的影响'>        3.1.2 对NH4
+-N富集的影响
        3.1.3 对TP富集的影响
        3.1.4 PAM投加量的影响
    3.2 污泥强化混凝+微筛工艺富集污水污染物研究
        3.2.1 对有机物富集的影响
4
+-N富集的影响'>        3.2.2 对NH4
+-N富集的影响
        3.2.3 对TP富集的影响
    3.3 微筛工艺富集效能研究
        3.3.1 不同孔径对污染物富集的影响
        3.3.2 不同转数对污染物富集的影响
    3.4 进出水有机物特性分析
        3.4.1 分子量分布特性分析
        3.4.2 荧光特性分析
    3.5 富碳污泥性质比较分析
        3.5.1 化学混凝过程对VSS/TSS及污泥产量的影响
        3.5.2 化学混凝过程对污泥粒径的影响
        3.5.3 污泥强化混凝过程对VSS/TSS及污泥产量的影响
        3.5.4 活性污泥强化混凝过程对污泥粒径的影响
    3.6 本章小结
第4章 富碳污泥超声破解效能研究
    4.1 超声对富碳污泥有机组分溶出的影响
        4.1.1 对固体性物质破解效果的影响
        4.1.2 对蛋白质和多糖溶出的影响
        4.1.3 比能耗与有机组分增量的关系分析
    4.2 超声对富碳污泥氮磷释放的影响
4
+-N释放的影响'>        4.2.1 对NH4
+-N释放的影响
        4.2.2 对TP释放的影响
        4.2.3 比能耗与氮磷组分增量的关系分析
    4.3 超声后富碳污泥特性分析
        4.3.1 富碳污泥红外分析
        4.3.2 富碳污泥絮体表面特征分析
    4.4 本章小结
第5章 不同富碳污泥厌氧消化处理效能研究
    5.1 不同富碳污泥的产气变化规律分析
        5.1.1 厌氧消化过程中气体产量变化规律
        5.1.2 厌氧消化过程中甲烷产量变化规律
        5.1.3 厌氧消化过程中气体组分变化规律
    5.2 厌氧消化过程中液相性质分析
        5.2.1 SCOD的变化
        5.2.2 挥发性脂肪酸（VFAs）的变化
4
+-N的变化'>        5.2.3 NH4
+-N的变化
        5.2.4 TP的变化
    5.3 厌氧消化后底物降解率
    5.4 厌氧消化前后体系中重金属含量变化
        5.4.1 厌氧消化前后液相中重金属含量变化
        5.4.2 厌氧消化前后固相中重金属含量变化
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2877292

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