微波结合碱解预处理改善剩余污泥厌氧消化效能的研究

发布时间：2020-05-30 20:03

【摘要】：厌氧消化工艺在处理剩余污泥时由于同时具有资源化、稳定化和无害化的优点,长期以来一直在剩余污泥处理中扮演着重要角色。然而在实际应用中,厌氧消化工艺也存在着对有机物处理效率低和处理速度慢等问题。本研究采用微波结合碱解预处理技术通过破坏剩余污泥(Waste Activated Sludge,WAS)絮体结构和菌体细胞壁而提高WAS中有机物的溶解性和可生化性,从而改善WAS厌氧消化性能。研究具体分为以下三个部分,即微波结合碱解预处理试验、静态高温和中温厌氧消化试验——生物化学甲烷势(Biochemical Methane Potential,BMP)试验和动态高温和中温厌氧消化试验。首先,在微波结合碱解预处理试验中利用均匀设计法得到的数据分别建立了以WAS中的COD、SS和VSS溶解率为目标,以微波加热温度、加热时间和氢氧化钠投加量为影响因素的回归方程。在本试验边界条件下,该回归方程预测在加热温度=210℃,加热时间=35min,加碱量=0.2 g-NaOH/g-SS时,WAS最大VSS溶解率可达85%,且与试验结果能很好吻合。其次,采用BMP试验研究了12种预处理对WAS静态高温和中温厌氧消化过程中的甲烷累计产量、沼气累计产量、相对甲烷累计产量和甲烷产生速率的影响。利用修正的Gompertz方程求解得到的动力学参数表明:经过预处理后WAS的甲烷累计产量势(P)和最大甲烷产生速率(R)均高于对照。在高温BMP试验中其P和R的峰值分别为333 mL-CH4@STP·g-1-VS投入(mL-CH4 @STP·g-1-VS投入指在BMP试验中投入1g VS的甲烷累计产量在标准状态下的毫升数,其中@代表at,STP(Standard Temperature and Pressure)代表标准状态(0℃和101.325 kPa))和73 mL-CH4@STP·g-1-VS投入·d-(1mL-CH4@STP·g-1-VS投入·d-1指在BMP试验中每天每投入1g VS的甲烷累计产量在标准状态下的毫升数),分别比对照提高41%和28%。在中温BMP试验中其P和R的峰值分别为426 mL-CH4 @STP·g-1-VS投入和56 mL-CH4@STP·g-1-VS投入·d-1,分别比对照提高64%和75%。经综合考虑后确定最佳预处理条件为加热温度=170℃,加热时间=1 min,加碱量=0.05 g-NaOH/g-SS。最后,分别以WAS和未经中和处理的微波结合碱解预处理WAS为基质(预处理条件为:加热温度=170℃,加热时间=1 min,加碱量=0.05 g-NaOH/g-SS),研究了在水力停留时间为30 d的工况下,完全混合型的高温和中温厌氧消化反应器的厌氧消化性能及其消化污泥的脱水性能,并采用16S rDNA(ribosomal Deoxyribonucleic Acid,核糖体脱氧核糖核酸)克隆分析技术分别对高温和中温厌氧消化污泥进行了微生物解析。研究表明:WAS经微波结合碱解预处理后与对照相比,高温和中温厌氧消化工艺对WAS中的VS、总化学需氧量、总碳水化合物和总蛋白质的去除率均有不同程度的提高。其中高温和中温厌氧消化工艺对VS的去除率分别相对提高27%和21%,高温和中温厌氧消化污泥中的溶解性COD浓度分别相对提高51%和71%,高温和中温厌氧消化工艺甲烷产率(L-CH4 @STP /g-COD投入)分别相对提高13%和14%,高温和中温厌氧消化工艺所产沼气中甲烷的百分含量相对提高8%。16S rDNA克隆分析技术对高温和中温厌氧消化污泥中微生物种群结构的分析表明:高温和中温厌氧消化污泥的微生物多样性指数分别为53.2和138.0,即中温厌氧消化污泥的微生物多样性大于高温厌氧消化污泥的微生物多样性。高温和中温厌氧消化污泥脱水试验表明:WAS经微波结合碱解预处理后再经厌氧消化处理将使得高温和中温厌氧消化污泥的脱水性能下降。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703

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