高含固污泥厌氧消化特性及硫控制技术研究

发布时间：2017-12-14 12:10

  本文关键词：高含固污泥厌氧消化特性及硫控制技术研究

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【摘要】：随着城市污水处理厂数量及污水处理量的增加,污泥产量也随之增加,2013年我国城市污水处理厂污泥产量为3000万吨(含水率按80%计算),而污泥的安全处置率小于20%。厌氧消化是污水处理厂普遍采用的污泥稳定工艺,在去除有机物的同时产生沼气,但存在消化效率低、停留时间长等问题,这是由于污泥水解过程限制了厌氧消化的速度。国内外对多种污泥预处理工艺进行研究,目前认为热水解是一种高效的预处理技术,在有效提高消化效率及沼气产量的同时提高污泥的脱水性能。高含固污泥厌氧消化是将进料固体含量提高至10%以上,具有减小厌氧消化反应器容积、降低能耗、提高单位容积沼气产率等优点。同时,污泥在厌氧消化过程中所产生的沼气是一种新型能源,但沼气中所含的H_2S是一种剧毒气体,对人体及设备都有极大危害,因此必须予以去除。以西安市某污水处理厂脱水污泥为研究对象,采用热水解预处理装置及完全混合式厌氧消化反应器,在最佳热水解条件(165℃、50min)的基础上,研究了含固率为10%污泥厌氧消化中的组分转化,探讨了热水解污泥直接脱水后脱水液单独消化的工艺可行性;同时以高含固污泥厌氧所产沼气为对象,分别研究了池内及池外两种不同方式下,沼气中硫化氢的去除效果。得出的结论如下:(1)高含固污泥及厌氧消化组分转化试验表明:高含固污泥经热水解预处理后,细胞壁被破坏,有机物可有效水解至液相,VSS水解率达到42.9%,热水解可有效促进厌氧消化过程;热水解中温厌氧消化系统的消化性能最佳,COD去除率高(43.1%);热水解高温厌氧消化由于氨浓度过高产生抑制,系统稳定性较差;未水解高含固污泥由于水解步骤的限制,COD去除率低于31.1%;高含固污泥厌氧消化后沼气中硫化氢浓度低于210ppm,远低于常规污泥厌氧消化中沼气硫化氢浓度;(2)热水解高含固有机物分布及厌氧消化特性试验表明:污泥可利用有机物中74.0%在水热预处理之后被转移至液相,是厌氧消化所产沼气的主要来源,脱水液厌氧消化产甲烷速率大于热水解污泥;热水解污泥离心脱水后,固液两相的体积比为17:3,脱水液采用UASB处理,装置体积仅为AD工艺厌氧消化装置体积的1.3%;并且高含固污泥热水解-脱水-脱水液厌氧消化工艺所产沼气燃烧热能可以自给自足,无需额外输入能量,可有效降低运行费用;(3)针对高含固污泥及热水解高含固污泥分别进行源头抑硫试验,结果表明:随着含铁污泥中Fe/S的增加,两者在消化过程中,沼气产量及甲烷浓度均会有所降低;同时,Fe~(3+)污泥的投加可有效降低沼气中硫化氢的浓度,当Fe/S由0上升至7.75时,两者消化所产沼气中的硫化氢浓度可分别降至21.4ppm、14.1ppm;含铁污泥消化过程中硫化物主要以不溶态硫化物的形式存在(占总硫化物的90%以上),主要是因为含Fe~(3+)污泥的投加可以有效将溶解态硫化物及气态硫化物转化为硫化亚铁,气态硫化物随着Fe~(3+)投加量的增加可被有效去除;(4)低浓度沼气生物脱硫试验中:随着气液比的增加,出口硫化氢浓度呈增加趋势,当气液比达到16时,出口硫化氢浓度为10.2±1.1ppm,实际运行中可以适当降低气液比,减少运行成本;p H通过影响硫化氢的溶解度来影响其去除效率,随着营养液p H的降低,出口硫化氢浓度呈现增加的趋势,最佳p H为7.5~8.5之间;循环液温度是影响脱硫菌活性的一个环境因素,温度的下降会降低菌群活性,去除率降低,实际运行可将温度控制在30~35℃,脱硫效果良好;溶解氧的变化会影响脱硫产物的形态,对硫化氢去除率影响较小;对沼气生物脱硫进行宏基因组的分析结果显示在反应器出现较好的处理效果时,菌群中出现了一定数量的硫氧化菌、自养反硝化脱硫菌和硫还原菌。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
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本文编号：1287835