造纸白泥浸出液强化厌氧消化的研究

发布时间：2020-05-19 17:29

【摘要】：随着我国城市化进程的发展和环境标准的提高,污水的处理程度不断加深,剩余污泥(Sewage Sludge,SS)作为污水处理的副产物也随之增加。厌氧消化是目前处理SS较为常见的处理方式,处理后以收集生物气的形式实现对污泥中有机质的利用。厌氧消化过程中由于水解缓慢导致整体反应效率较低,因此厌氧消化前常通过预处理的方式来增强污泥水解进程进而提高整体反应效率。本文利用造纸白泥浸出液(Lime Mud Filtrate,LMF)对SS进行预处理,探究其对于污泥的破解效果以及对厌氧消化进程的影响,目的是通过联合处理实现“双废”的综合利用。本文主要研究情况如下:(1)SS在LMF预处理下的破解效果。将污泥浸泡在LMF pH(8-11)中48 h后结果表明:与对照组相比,试验组中可溶性总有机碳(STOC)和可溶性化学需氧量(SCOD)的最大增量分别为27%和91.7%;随着LMF pH的增加,SS的VS从53.0±0.2%减少到45.6±0.2%。因此LMF预处理可以明显提高污泥破解效果,加快有机物质的溶出,有效提高水解效率。(2)LMF强化污泥高温发酵产氢研究。将各组预处理后的污泥接种等量的发酵产氢菌,在55±1°C的条件下反应72 h进行产氢试验。研究表明,利用LMF pH=10处理的这组可以获得最大的氢气产率38.3 mL/gVS,是对照组的2.2倍。此外,在产氢结束后测得SCOD的最大去除率可以达到39.1%,说明污泥在经过LMF预处理后,能够有效促进产氢菌对系统中有机底物的利用,从而提高氢气产率。(3)LMF强化污泥高温厌氧消化研究。将预处理后的污泥接种等量的厌氧菌在55±1°C的条件下进行厌氧消化,结果表明,经过LMF预处理后的污泥可以大幅度缩短厌氧消化时间,甲烷的产量与预处理时LMF的pH存在密切的关系。随着pH的升高产气量显示出先升高后降低的趋势。当pH=9时,污泥取得最大累积产气量为1306.5 mL,产甲烷率为145.2 mL/gVS。同时VS的去除率达到25.0%,COD的去除率达到75.2%,但是当LMF的pH过低或大于9时,甲烷的累积产气量出现降低,有机物去除率也出现一定程度的下降。(4)LMF预处理污泥在中温条件下的产氢效果。由于嗜温产氢菌与嗜热产氢菌的反应机理有一定的差异,因此本试验研究了预处理后的污泥在35±1°C条件下发酵产氢72 h的情况。试验表明,在中温条件下,产氢量随着LMF pH的升高而升高,当预处理添加的pH=11时,产氢量达到最大为170.2 mL,同时产氢率为18.9 mL/gVS,相比高温条件下最大产氢率(38.3 mL/gVS)下降较为明显。(5)LMF预处理污泥中温厌氧消化研究。本试验研究了在35±1°C的条件下,接种物产甲烷菌与预处理污泥联合厌氧消化的产气情况。结果表明,随着预处理pH的升高(7~11),累积产气量展现出先升高后降低的趋势。当LMF的pH=9时,累积产气量达到最大值为1224.6 mL,产甲烷率为136.1 mL/gVS。此时,VS的去除率为23.8%,COD的去除率达到72.3%。(6)经过经济效益分析,在高温和中温厌氧条件下,甲烷产率最高分别可以达到145.2 mL/gVS和136.1 mL/gVS,但是中温厌氧消化过程消耗电能更少,在产率相当的情况下可以获得更加经济的处理效果。从经济性和可操作性方面考虑,LMF强化污泥厌氧消化是一种具有潜力的综合处理方法。
【图文】：

对比图,微观结构,洗脱

移提供能量[71]。在发酵产氢过程中，Fe2+浓度直接影响产氢菌细胞的生长及氢气的释放，王勇等[73]研究表明 Fe2+浓度由 0 mg/L 增加到 200 mg/L 时，，H2产量逐渐增加；当 Fe2+的浓度达到 300 mg/L 时，H2产量开始下降。电导率与总溶解固体浓度都可以反映出液体的导电性，二者随着 LMF pH 值的增加均呈现出上升趋势。在污泥厌氧消化过程中，种间电子传递直接影响着互营氧化产甲烷的效率，同时也是互营细菌与产甲烷菌各自获取生长所需能量的重要途径。冯雪梅[74]研究发现，厌氧消化系统的导电性影响着微生物的种间电子转移，导电性能越好的系统，其种间电子转移的进程会更加迅速，厌氧消化产甲烷效果也更好。综合各种理化性质分析，造纸白泥浸出液中含有多种微量元素且导电性能良好的碱性液体，这也为下一步对于剩余污泥的预处理以及之后的厌氧消化进程提供了积极地理论支持。2.2.2 洗脱后滤饼的微观结构造纸白泥洗脱前后微观结构对比图如图 2.1 所示

变化图,剩余污泥,pH变化,预处理

图 3.3 剩余污泥预处理前后 pH 变化图3.3.2 LMF 预处理对污泥 SCOD 以及 VS 的影响SCOD 代表了污泥液相中可溶性有机物以及其他还原性物质的总量，是表征污泥破解程度和可生化性的一项重要指标。经 LMF 预处理后，剩余污泥样品的 SCOD的变化如图3.4所示：从变化趋势来看，各组污泥液相中的SCOD含量均出现上升，并且添加LMF的各试验组污泥液相中SCOD的增加量明显高于只进行低温热处理的对照组。随着 pH 的升高，SCOD 出现递增的趋势，当添加的 LMF-pH=11 时，
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X793

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