EGSB-BES耦合工艺处理糖厂废水的启动与运行研究

发布时间：2017-08-21 02:04

  本文关键词：EGSB-BES耦合工艺处理糖厂废水的启动与运行研究

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【摘要】：本研究中利用膨胀颗粒污泥床(EGSB)对制糖工业生产中产生的废水进行处理,可以在产生氢气的同时处理一部分有机物。但受限于暗发酵的缺陷,底物中所含有的大部分能量以出水中有机酸的形式流出了反应器,在浪费能源的同时还造成了二次污染。因此引入厌氧折流板反应器(ABR)对EGSB后续出水进行处理。为了使两个厌氧反应器的产物统一为氢气,在ABR中加入微生物电解池(MEC)系统对EGSB的出水进行处理。MEC可以完全利用出水中的有机酸并将其转化为氢气。本研究中对使用不同接种物的EGSB产氢反应器的启动、水力停留时间对EGSB产氢反应器运行的影响、水力停留时间和外加电压对ABR-MEC的影响以及联合工艺的效果进行了实验,并对实验中各个反应器的指标进行了测定,由此推测出反应器内部发生的反应。接种Ethanoligenens harbinense YUAN-3的EGSB在使用糖厂废水运行的末期,其进水COD浓度为6000±300 mg/L,出水有机物浓度为5100±100mg/L,酸化率达到65%以上,氢气产率高达1.39 mol H2/mol葡萄糖,产氢速率高达3.03L H2·L-1·d-1);接种污泥的EGSB出水有机物浓度为5200±100mg/L,氢气产率为1.05 mo l H2·mol葡萄糖,产氢速率为2.82L H2·L-1·d-1,酸化率达到60%以上,两个反应器均成功启动。两个反应器的ORP值相当,均在-400mV以下;两个反应器的p H值相当,均在4.3以下。各方面均可看出接种Ethanoligenens harbinense YUAN-3的EGSB优于接种污泥的EGSB。水力停留时间的变化会对EGSB产氢反应器的酸化率有很大影响。在水力停留时间为12h、9h、6h、3h下运行已经启动成功的EGSB产氢反应器,其对底物酸化率分别为68.4%、66.7%、63.4%和53.9%。在此运行过程中反应器生物量也随着水力停留时间的增大先升高后降低。由此推测出当水力停留时间低于6h时反应器内生物量过低,会造成底物利用不完全,因此选择最低水力停留时间6h作为反应器运行依据。在不同水力停留时间和不同外加电压下运行ABR-MEC反应器,得到反应器的最佳运行工况为水力停留时间为2d,外加电压为1V,此时ABR-MEC反应器能量效率为250%,产氢速率为1756ml/d。将两种反应器联合运行,整个系统的COD去除率为53%。如果使用更多同类型的MEC,一台EGSB可以同时提供五台MEC的运行,在此过程中可产氢气16.2L/d,对底物的利用率远高于过往的单纯发酵制氢反应器。EGSB-BES工艺很好的解决了过往暗发酵污染物去除不完全的问题,对污染水体能做到真正去除污染的同时产生能源,并且不造成二次污染,而Ethanoligenens harbinense YUAN-3的优越性能也在本研究中得到了体现。
【关键词】：膨胀颗粒污泥床(EGSB) 微生物电解池(MEC) 生物制氢 Ethanoligenens harbinense YUAN-3
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X792
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 课题研究背景10-14
• 1.1.1 制糖废水10-11
• 1.1.2 制糖废水国内外处理现状11-14
• 1.2 厌氧发酵产氢14-16
• 1.2.1 国内外研究现状15-16
• 1.2.2 存在的缺陷16
• 1.3 EGSB反应器16-19
• 1.3.1 EGSB反应器的来源与构型16-18
• 1.3.2 EGSB反应器的国内外研究进展18-19
• 1.3.3 EGSB反应器的污泥特性19
• 1.4 微生物电解池19-22
• 1.4.1 微生物电解池国内外研究研究进展20
• 1.4.2 微生物电解池和其他反应器的联合运行20-21
• 1.4.3 微生物电解池的扩大化尝试21-22
• 1.5 课题研究内容22-24
• 1.5.1 课题来源22
• 1.5.2 研究目的与意义22-23
• 1.5.3 技术路线23-24
• 第2章 实验设计及材料方法24-31
• 2.1 引言24
• 2.2 实验设计24
• 2.3 废水来源24-25
• 2.4 反应器的构建25-28
• 2.4.1 EGSB的构建25-26
• 2.4.2 ABR- MEC反应器的构建26-27
• 2.4.3 MEC电极制作27
• 2.4.4 接种和启动27-28
• 2.5 评价指标及收集方式28-31
• 2.5.1 EGSB数据采集28-29
• 2.5.2 ABR- MEC数据采集29-31
• 第3章 接种物对EGSB反应器启动与运行的影响31-47
• 3.1 引言31-32
• 3.2 EGSB反应器的启动32-43
• 3.2.1 启动过程中进水COD变化规律32-33
• 3.2.2 COD去除率的变化33-34
• 3.2.3 pH值的变化34-35
• 3.2.4 ORP的变化35-36
• 3.2.5 液相末端产物的变化36-38
• 3.2.6 产氢指标的变化38-42
• 3.2.7 气体组分的变化42-43
• 3.3 EGS B的运行与调试43-46
• 3.3.1 水力停留时间对反应器酸化率的影响43-45
• 3.3.2 水力停留时间对其他参数的影响45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 EGSB-MEC反应器的联合运行47-57
• 4.1 引言47
• 4.2 AB R- MEC反应器的启动47-48
• 4.3 EGSB- MEC反应器的联合运行48-55
• 4.3.1 出水CO D的变化48-49
• 4.3.2 平均电流和库伦效率的变化49-50
• 4.3.3 氢气产量产率的变化50-52
• 4.3.4 气体组分的变化52
• 4.3.5 能量效率的变化52-54
• 4.3.6 MEC反应器沿程挥发酸的变化54-55
• 4.4 EGSB- MEC联合运行效果55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 结论57-58
• 展望58-59
• 参考文献59-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果64-67
• 致谢67

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本文编号：710157