外源铁强化剩余污泥厌氧消化产甲烷过程的研究
发布时间：2020-12-21 19:51
厌氧消化是污泥稳定化处理的重要途径,但其过程易受酸抑制、硫化物毒害等因素的影响,使得处理效率和沼气品位较低。厌氧体系中引入铁物质可有效减轻不利因素的影响,但不同形态的铁对消化过程作用各异,结果也大不相同。基于此,本研究选择了不同粒径的零价铁（ZVI）、不同类型的三价铁盐及不同络合条件的螯合铁,构建了ZVI-污泥厌氧消化体系、Fe（III）-污泥高温厌氧消化体系和螯合铁-污泥高温厌氧消化体系,探讨了体系内主要理化参数、有机质转化规律及其可生化性、Fe的存在形态变化以及微生物种群结构变化,阐明了不同铁物质影响污泥厌氧消化的机理,得到以下研究结果:（1）ZVI-污泥厌氧消化体系研究发现,中温厌氧消化条件下投加ZVI 10 g/L时,最大累积产甲烷量可达到264.9 mL/g·VS,比对照组提高113.9%,说明ZVI的投加可有效促进污泥厌氧消化过程。同时,考查不同粒径ZVI的影响,发现不同粒径大小ZVI对污泥水解酸化均有促进作用,并强化了乙酸化过程,尤以纳米铁（NZVI）效果最佳;对于产甲烷过程,ZVI-100、ZVI-1000和NZVI体系的累积产甲烷量分别达到171.6 mL/g·VS、...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 污泥处理处置概述
1.2.1 污泥的来源及组成
1.2.2 污泥的污染性与资源性
1.2.3 污泥处理处置方式
1.3 污泥厌氧消化研究进展
1.3.1 污泥厌氧消化原理
1.3.2 污泥厌氧消化影响因素
1.3.3 污泥厌氧消化动力学限制
1.3.4 污泥厌氧消化强化技术
1.4 铁强化厌氧消化过程研究进展
1.4.1 零价铁（ZVI）在污染治理中的应用
1.4.2 Fe（Ⅲ）在污染治理中的应用
1.4.3 金属螯合物在污染治理中的应用
1.5 研究意义与主要内容
1.5.1 研究目的与意义
1.5.2 研究主要内容
1.5.3 论文技术路线
第二章 实验装置与分析方法
2.1 实验污泥来源与性质
2.2 实验装置
2.3 主要分析指标与测试方法
2.3.1 污泥固相指标的测定
2.3.2 污泥液相指标测定
2.3.3 污泥气相组分测定
2.3.4 产甲烷活性的测定
2.3.5 微生物种群结构分析
2.3.6 Fe在污泥中存在形态分析
2.3.7 Gompertz动力学模型
第三章 ZVI对污泥厌氧消化过程的影响研究
3.1 实验方案设计
3.1.1 不同投加量ZVI对污泥中温厌氧消化过程的影响
3.1.2 不同粒径ZVI对污泥中温厌氧消化过程的影响
3.1.3 ZVI对污泥高温厌氧消化快速启动过程的影响
3.2 不同投加量ZVI对污泥中温厌氧消化过程的影响
3.2.1 累积产沼气/甲烷对比分析
3.2.2 关键指标影响分析
3.3 不同粒径ZVI对污泥中温厌氧消化过程的影响
3.3.1 水解酸化阶段分析
3.3.2 累积产沼气量分析
3.3.3 体系稳定性评价
3.3.4 碳代谢过程分析
3.3.5 上清液中有机组分变化及可生化性分析
3.3.6 Fe腐蚀作用对磷吸收的影响
3.3.7 微生物种群结构分析
3.4 ZVI对污泥高温厌氧消化快速启动过程的影响
3.4.1 水解酸化阶段分析
3.4.2 厌氧消化过程动力学分析
3.4.3 体系稳定性评价
3.4.4 碳代谢过程分析
3.4.5 上清液中有机组分变化及可生化性分析
3.4.6 Fe腐蚀作用对磷吸收的影响
3.4.7 微生物种群结构分析
3.5 本章小结
第四章 Fe（Ⅲ）对污泥高温厌氧消化过程的影响研究
4.1 实验方案设计
4.1.1 Fe（Ⅲ）对污泥高温厌氧消化过程的影响
3投加时段对污泥高温厌氧过程的影响"> 4.1.2 FeCl3投加时段对污泥高温厌氧过程的影响
3投加量对污泥高温厌氧过程的影响"> 4.1.3 FeCl3投加量对污泥高温厌氧过程的影响
4.2 Fe（Ⅲ）对污泥高温厌氧消化过程的影响
4.2.1 厌氧消化性能分析
4.2.2 体系pH和 ORP变化
4.2.3 碳代谢过程分析
4.2.4 氮代谢过程分析
4.2.5 上清液中有机组分变化及可生化性分析
4.2.6 Fe的生物可利用性及归趋分析
4.2.7 微生物种群结构分析
3投加时段对污泥高温厌氧消化过程的影响"> 4.3 FeCl3投加时段对污泥高温厌氧消化过程的影响
4.3.1 厌氧消化过程动力学分析
4.3.2 体系pH和 ORP变化
4.3.3 碳代谢过程分析
4.3.4 上清液中有机组分变化及可生化性分析
4.3.5 Fe的生物可利用性及归趋分析
3投加量对污泥高温厌氧消化过程的影响"> 4.4 FeCl3投加量对污泥高温厌氧消化过程的影响
4.4.1 累积产甲烷量分析
4.4.2 体系pH和 ORP变化
4.4.3 碳代谢过程分析
4.4.4 上清液中有机组分变化及可生化性分析
4.4.5 Fe的生物可利用性及归趋分析
4.5 本章小结
第五章 螯合铁对污泥高温厌氧消化过程的影响研究
5.1 实验方案设计
5.1.1 柠檬酸螯合铁对污泥高温厌氧消化过程的影响
5.1.2 EDTA螯合铁对污泥高温厌氧消化过程的影响
5.2 柠檬酸螯合铁对污泥高温厌氧消化过程的影响
5.2.1 产甲烷过程分析
5.2.2 体系稳定性评价
5.2.3 上清液中有机组分变化分析
5.2.4 产甲烷活性分析
5.2.5 Fe的生物可利用性评价
5.2.6 微生物种群结构分析
5.3 EDTA螯合铁对污泥高温厌氧消化过程的影响
5.3.1 产甲烷过程分析
5.3.2 体系稳定性评价
5.3.3 上清液中有机组分变化分析
5.3.4 产甲烷活性分析
5.3.5 Fe的生物可利用性评价
5.3.6 微生物种群结构分析
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的科研成果
附录 英文缩写与中文名称对照
附图 三维荧光光谱图
【参考文献】：
期刊论文
[1]土地填埋、干化焚烧、资源利用——我国城镇污水厂污泥处理处置技术应用的路线思考[J]. 朱南文. 净水技术. 2016(05)
[2]改善污泥厌氧消化性能的预处理技术[J]. 蔺金贤,朱南文,袁海平,于豹. 净水技术. 2013(03)
[3]地下环境中铁氧化物生物异化还原耦合降解硝基苯的影响因素研究[J]. 马小兰,丁琳洁,董军,孙杨,何正坤,许超. 生态环境学报. 2012(06)
[4]有机负荷对厨余垃圾常温厌氧发酵产甲烷的影响[J]. 郭燕锋,孔晓英,刘婉玉,李东,王德汉,袁振宏,孙永明. 农业工程学报. 2011(S1)
[5]餐厨垃圾特性及其厌氧消化性能研究[J]. 李荣平,葛亚军,王奎升,李秀金,庞云芝. 可再生能源. 2010(01)
[6]污泥厌氧消化技术的研究与进展[J]. 曹秀芹,陈爱宁,甘一萍,常江,周军. 环境工程. 2008(S1)
[7]三种预处理方法对污泥的破解效果[J]. 谢波,郭亮,李小明,杨麒,杨永林. 中国环境科学. 2008(05)
[8]产甲烷菌的生理生化特性[J]. 祖波,祖建,周富春,汪林. 环境科学与技术. 2008(03)
[9]国内外污泥研究现状及进展[J]. 王静,卢宗文,田顺,陶俊杰. 市政技术. 2006(03)
[10]中国城市污泥的性质和处置方式及土地利用前景[J]. 邹绍文,张树清,王玉军,刘秀梅,何绪生. 中国农学通报. 2005(01)
博士论文
[1]污泥热干燥与焚烧特性研究[D]. 肖汉敏.华南理工大学 2010
硕士论文
[1]利用Fe(Ⅲ)抑制污泥厌氧消化中硫化氢形成的研究[D]. 王素春.西安建筑科技大学 2013
[2]餐厨垃圾厌氧发酵过程酶学表征[D]. 李永灿.江南大学 2010
[3]城镇污水处理厂污泥建材利用工艺研究[D]. 汪齐.长安大学 2010
本文编号：2930401
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 污泥处理处置概述
1.2.1 污泥的来源及组成
1.2.2 污泥的污染性与资源性
1.2.3 污泥处理处置方式
1.3 污泥厌氧消化研究进展
1.3.1 污泥厌氧消化原理
1.3.2 污泥厌氧消化影响因素
1.3.3 污泥厌氧消化动力学限制
1.3.4 污泥厌氧消化强化技术
1.4 铁强化厌氧消化过程研究进展
1.4.1 零价铁（ZVI）在污染治理中的应用
1.4.2 Fe（Ⅲ）在污染治理中的应用
1.4.3 金属螯合物在污染治理中的应用
1.5 研究意义与主要内容
1.5.1 研究目的与意义
1.5.2 研究主要内容
1.5.3 论文技术路线
第二章 实验装置与分析方法
2.1 实验污泥来源与性质
2.2 实验装置
2.3 主要分析指标与测试方法
2.3.1 污泥固相指标的测定
2.3.2 污泥液相指标测定
2.3.3 污泥气相组分测定
2.3.4 产甲烷活性的测定
2.3.5 微生物种群结构分析
2.3.6 Fe在污泥中存在形态分析
2.3.7 Gompertz动力学模型
第三章 ZVI对污泥厌氧消化过程的影响研究
3.1 实验方案设计
3.1.1 不同投加量ZVI对污泥中温厌氧消化过程的影响
3.1.2 不同粒径ZVI对污泥中温厌氧消化过程的影响
3.1.3 ZVI对污泥高温厌氧消化快速启动过程的影响
3.2 不同投加量ZVI对污泥中温厌氧消化过程的影响
3.2.1 累积产沼气/甲烷对比分析
3.2.2 关键指标影响分析
3.3 不同粒径ZVI对污泥中温厌氧消化过程的影响
3.3.1 水解酸化阶段分析
3.3.2 累积产沼气量分析
3.3.3 体系稳定性评价
3.3.4 碳代谢过程分析
3.3.5 上清液中有机组分变化及可生化性分析
3.3.6 Fe腐蚀作用对磷吸收的影响
3.3.7 微生物种群结构分析
3.4 ZVI对污泥高温厌氧消化快速启动过程的影响
3.4.1 水解酸化阶段分析
3.4.2 厌氧消化过程动力学分析
3.4.3 体系稳定性评价
3.4.4 碳代谢过程分析
3.4.5 上清液中有机组分变化及可生化性分析
3.4.6 Fe腐蚀作用对磷吸收的影响
3.4.7 微生物种群结构分析
3.5 本章小结
第四章 Fe（Ⅲ）对污泥高温厌氧消化过程的影响研究
4.1 实验方案设计
4.1.1 Fe（Ⅲ）对污泥高温厌氧消化过程的影响
3投加时段对污泥高温厌氧过程的影响"> 4.1.2 FeCl3投加时段对污泥高温厌氧过程的影响
3投加量对污泥高温厌氧过程的影响"> 4.1.3 FeCl3投加量对污泥高温厌氧过程的影响
4.2 Fe（Ⅲ）对污泥高温厌氧消化过程的影响
4.2.1 厌氧消化性能分析
4.2.2 体系pH和 ORP变化
4.2.3 碳代谢过程分析
4.2.4 氮代谢过程分析
4.2.5 上清液中有机组分变化及可生化性分析
4.2.6 Fe的生物可利用性及归趋分析
4.2.7 微生物种群结构分析
3投加时段对污泥高温厌氧消化过程的影响"> 4.3 FeCl3投加时段对污泥高温厌氧消化过程的影响
4.3.1 厌氧消化过程动力学分析
4.3.2 体系pH和 ORP变化
4.3.3 碳代谢过程分析
4.3.4 上清液中有机组分变化及可生化性分析
4.3.5 Fe的生物可利用性及归趋分析
3投加量对污泥高温厌氧消化过程的影响"> 4.4 FeCl3投加量对污泥高温厌氧消化过程的影响
4.4.1 累积产甲烷量分析
4.4.2 体系pH和 ORP变化
4.4.3 碳代谢过程分析
4.4.4 上清液中有机组分变化及可生化性分析
4.4.5 Fe的生物可利用性及归趋分析
4.5 本章小结
第五章 螯合铁对污泥高温厌氧消化过程的影响研究
5.1 实验方案设计
5.1.1 柠檬酸螯合铁对污泥高温厌氧消化过程的影响
5.1.2 EDTA螯合铁对污泥高温厌氧消化过程的影响
5.2 柠檬酸螯合铁对污泥高温厌氧消化过程的影响
5.2.1 产甲烷过程分析
5.2.2 体系稳定性评价
5.2.3 上清液中有机组分变化分析
5.2.4 产甲烷活性分析
5.2.5 Fe的生物可利用性评价
5.2.6 微生物种群结构分析
5.3 EDTA螯合铁对污泥高温厌氧消化过程的影响
5.3.1 产甲烷过程分析
5.3.2 体系稳定性评价
5.3.3 上清液中有机组分变化分析
5.3.4 产甲烷活性分析
5.3.5 Fe的生物可利用性评价
5.3.6 微生物种群结构分析
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的科研成果
附录 英文缩写与中文名称对照
附图 三维荧光光谱图
【参考文献】：
期刊论文
[1]土地填埋、干化焚烧、资源利用——我国城镇污水厂污泥处理处置技术应用的路线思考[J]. 朱南文. 净水技术. 2016(05)
[2]改善污泥厌氧消化性能的预处理技术[J]. 蔺金贤,朱南文,袁海平,于豹. 净水技术. 2013(03)
[3]地下环境中铁氧化物生物异化还原耦合降解硝基苯的影响因素研究[J]. 马小兰,丁琳洁,董军,孙杨,何正坤,许超. 生态环境学报. 2012(06)
[4]有机负荷对厨余垃圾常温厌氧发酵产甲烷的影响[J]. 郭燕锋,孔晓英,刘婉玉,李东,王德汉,袁振宏,孙永明. 农业工程学报. 2011(S1)
[5]餐厨垃圾特性及其厌氧消化性能研究[J]. 李荣平,葛亚军,王奎升,李秀金,庞云芝. 可再生能源. 2010(01)
[6]污泥厌氧消化技术的研究与进展[J]. 曹秀芹,陈爱宁,甘一萍,常江,周军. 环境工程. 2008(S1)
[7]三种预处理方法对污泥的破解效果[J]. 谢波,郭亮,李小明,杨麒,杨永林. 中国环境科学. 2008(05)
[8]产甲烷菌的生理生化特性[J]. 祖波,祖建,周富春,汪林. 环境科学与技术. 2008(03)
[9]国内外污泥研究现状及进展[J]. 王静,卢宗文,田顺,陶俊杰. 市政技术. 2006(03)
[10]中国城市污泥的性质和处置方式及土地利用前景[J]. 邹绍文,张树清,王玉军,刘秀梅,何绪生. 中国农学通报. 2005(01)
博士论文
[1]污泥热干燥与焚烧特性研究[D]. 肖汉敏.华南理工大学 2010
硕士论文
[1]利用Fe(Ⅲ)抑制污泥厌氧消化中硫化氢形成的研究[D]. 王素春.西安建筑科技大学 2013
[2]餐厨垃圾厌氧发酵过程酶学表征[D]. 李永灿.江南大学 2010
[3]城镇污水处理厂污泥建材利用工艺研究[D]. 汪齐.长安大学 2010
本文编号：2930401
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