近年来,城市污水处理厂剩余污泥厌氧发酵产酸可生产附加值更高的挥发性脂肪酸(VFAs),受到了国内外广大学者的关注。但是大多数研究是在较低进泥负荷条件下进行的,而较低的进泥负荷会导致工程应用时占地面积大,设备投资费用高,处理效率低,缺乏经济性,所以提高进泥负荷是进一步提升污泥发酵产酸技术的关键。基于此,本文在课题组前期小试研究成果的基础上,在无锡某污水处理厂内建立了一套日处理规模为2.1 m~3(含水率85%)的污泥厌氧发酵产酸示范工程,以污水厂生产的剩余污泥为对象,探究了示范工程规模下高负荷污泥厌氧发酵产VFAs的工艺特征和可行性。本论文的主要研究结果如下:(1)探究了一种城市污泥厌氧发酵产酸工程启动的方法。实验结果表明,采用厌氧发酵产酸种泥的多次接种和多次驯化,可使得产酸菌大量富集,工程半连续稳定运行期间平均总挥发性脂肪酸浓度为3.26 g/L,平均酸产率达到256.91 mg COD/g VSS。同时,乙酸作为含量最高的有机酸,比例可以达到52.45%;发酵液中SCOD达到7585.79mg/L,且VFAs为主要组成成分,占60.78%。发酵后TSS和VSS的降解率分别是23.64%和44.41%。同时,溶解性蛋白质和多糖的去除率达到62.31%和54.60%。本研究采用的启动方法不仅实现了城市污泥厌氧发酵产酸工程的启动,而且还富集了大量的产酸菌,保证了反应器的稳定运行,对剩余污泥厌氧发酵产酸技术的工程化应用具有重要意义。(2)考察了示范工程规模下碱类型对污泥预处理及发酵产酸影响。结果表明,氢氧化钠预处理的污泥水解效果最好,预处理后SCOD的平均浓度增大到22389.21 mg/L,水解率达到64.26%。但是,氢氧化钠预处理后氮磷副产物的量较大,TN和TP的浓度达到1476.51和348.36 mg/L。另外,使用过氧化钙进行预处理可以有效提高污泥厌氧发酵VFAs产量和产酸率,总酸的平均浓度为7.93 g/L,产酸率为273.93 mg COD/g VSS。同时,乙酸比例可以达到60.35%;发酵后平均TSS和VSS分别下降24.42%和47.62%。过氧化钙的投加可以有效去除污泥发酵液中的氨氮和正磷酸盐,半连续运行期NH_4+-N、TP的平均浓度分别为286.33和17.42 mg/L。通过超过200 d的示范工程规模稳定运行,混碱组、过氧化钙组和氢氧化钠组污泥厌氧发酵的净利润分别为229.14、257.37和10.49元/t。热混碱和热过氧化钙是经济可行的污泥厌氧发酵预处理方法。(3)研究了示范工程规模下高含固污泥热碱预处理联合污泥发酵产酸的工艺运行效果。结果表明,高含固污泥经过热碱预处理后,污泥中SCOD增加了8.17倍,水解率达到56.82%;高含固污泥进行热碱预处理对提高污泥中有机物的转化效率以及降低整个工程能耗具有重要的作用。同时,高含固污泥发酵还会导致大量VFAs的积累,在半连续稳定运行期间,发酵液中平均VFAs浓度为8.39 g/L,乙酸是含量最高的有机酸,比例可以达到62.10%。另外,半连续稳定运行期平均有机酸产率为234.91 mg COD/g VSS。剩余污泥在经过预处理和厌氧发酵产酸后能得到充分的降解,发酵后TSS和VSS降解率分别是28.70%和48.21%。另外,溶解性蛋白质和多糖的去除率达到61.25%和50.90%,溶解性蛋白质和多糖的良好降解效果表明污泥厌氧发酵产酸示范工程运行稳定。(4)考察了示范工程规模下共发酵对高负荷污泥厌氧发酵的促进效果。结果表明,在剩余污泥中添加餐厨垃圾进行热碱预处理,可以使混合底物中的SCOD快速溶出,水解率达到55.12%。同时,剩余污泥中添加餐厨垃圾进行共发酵还可以有效提高VFAs产量和产率,运行期总酸的平均浓度为13.62 g/L,平均产酸率为379.31 mg COD/g VS。共发酵过程中乙酸和丁酸含量相当且都大于其他有机酸。另外,半连续运行期发酵液中SCOD达到29576.04 mg/L,且VFAs为主要组成成分,占68.52%。发酵液中TN、TP和氨氮的平均浓度达到1865.18、22.04和385.06 mg/L。餐厨垃圾的投加有利于产酸量提高的同时,发酵液中VFAs含量也较高,作为补充碳源时品质较好。经过共发酵混合底物的TS和VS降解率达到31.56%和55.65%。同时,餐厨垃圾的添加有利于提高底物中蛋白质和多糖降解率,溶解性蛋白质和多糖的降解率分别为70.85%和75.58%。
【学位单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703
【部分图文】：
我国约有 90%的城市污水处理厂采用活性污泥法去除生活污水中的因此会导致大量剩余污泥（WAS）的产生和排放。有研究统计[2]，预污泥年产量将增长到 6000 万吨（以 80%的含水率计）。，在我国城市污水处理厂建设与规划过程中，常常忽视了剩余污泥的据报道，欧美等发达国家对于污水厂污泥的处理与处置问题非常重视常占到总投资的30%~50%，而在我国这一块的费用仅占到总投资的[2]。由于这些未经规范化处理与处置的污泥中含有大量的重金属、病机污染物等有毒有害的物质，因此当污泥排放到环境中时，会对地下二次污染，这将对人们的健康造成严重的危害[3]。因此，如何实现剩无害化以及资源化，已经成为越来越多学者所关注的问题。泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸周知，剩余污泥含有大量的有机物，它是可以发酵产 VFAs 的廉价基过发酵达到污泥的减量化和稳定化。同时，剩余污泥的厌氧消化是一，其中主要为以下三个阶段[4]：水解阶段，产酸阶段以及产甲烷阶段-1 所示。
【参考文献】
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本文编号：
2890260
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