单段式自热高温（微）好氧消化工艺处理城市污水厂污泥及其稳定化机理研究

发布时间：2023-11-25 19:40

　　稳定化处理是污泥减量化、无害化的一个重要手段，也是污泥处理与处置的重要环节之一。污泥稳定化处理方法包括物理、化学及生物法，生物法由于运行成本低、安全可靠而被广泛采用。污泥自热高温好氧消化（ATAD）工艺属好氧消化范畴，具有污泥停留时间短、病原菌灭活效率高等优势。该工艺较好克服了传统生物稳定法污泥停留时间长、设施占地面积大等不足，因而自上世纪九十年代开始在欧洲、北美等城市污泥稳定化处理工艺中得到较快的应用与推广。目前，我国在ATAD工艺稳定化处理污泥方面研究较少，也无应用实例。 借鉴ATAD工艺已有研究基础，本课题组开发了一套新型的单段式污泥高温（微）好氧（ATMAD）消化装置，该装置在满足污泥稳定化处理效果的同时，具有结构简单、占地面积小等优势，其有效性已初步得到试验证明，但相关的污泥稳定化机理亟待深入研究。本论文从物质迁移转化规律、嗜热微生物种群多样性、有机物降解动力学等方面阐述了单段式ATMAD工艺的污泥稳定化过程与机理，并通过中试运行过程考察了ATMAD工艺的污泥稳定化效果、建立了消化体系的热平衡方程。 单段式ATMAD工艺批式运行结果表明：稳定化处理污泥时，进料污泥固体物（TS...

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【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 污泥好氧消化
        1.1.1 污泥好氧消化概述
        1.1.2 传统污泥好氧消化效能
            1.1.2.1 VS去除率
            1.1.2.2 pH值变化
            1.1.2.3 耗氧速率与脱氢酶活性
            1.1.2.4 消化污泥的沉降性能与脱水性能
        1.1.3 污泥好氧消化技术的发展
            1.1.3.1 传统好氧消化
            1.1.3.2 缺氧/好氧消化
            1.1.3.3 高温好氧消化
        1.1.4 污泥好氧消化的稳定化评价指标
    1.2 污泥自热高温好氧消化(ATAD)
        1.2.1 污泥自热高温好氧消化概述
        1.2.2 ATAD工艺参数与消化性能
            1.2.2.1 曝气量对消化过程的影响
            1.2.2.2 温度对消化性能的影响
            1.2.2.3 消化过程pH值变化
            1.2.2.4 污泥停留时间/水力停留时间
            1.2.2.5 消化污泥的脱水性能
        1.2.3 ATAD工艺的发展
            1.2.3.1 常规ATAD消化工艺
            1.2.3.2 VERTADTM－ATAD消化工艺
            1.2.3.3 高温好氧/中温厌氧消化工艺
            1.2.3.4 单段式ATAD消化工艺
    1.3 污泥高温好氧消化过程的物质转化
        1.3.1 碳的转化
        1.3.2 氮的转化
        1.3.3 磷的释放
    1.4 污泥高温好氧消化过程微生物作用机理
        1.4.1 污泥高温好氧消化体系的生物多样性
        1.4.2 酶活性对高温好氧消化过程的影响
    1.5 课题研究意义及主要内容
        1.5.1 课题研究的目的与意义
        1.5.2 课题研究的主要内容
        1.5.3 研究技术路线
        1.5.4 研究的创新性
第二章 单段式自热高温(微)好氧消化(ATMAD)工艺的污泥稳定化效果及影响因素研究
    2.1 试验材料与方法
        2.1.1 污泥来源及预处理
        2.1.2 试验装置
        2.1.3 分析方法
            2.1.3.1 VFA测定
            2.1.3.2 病原菌测定
            2.1.3.3 蛋白质含量的测定
            2.1.3.4 多糖的测定
            2.1.3.5 其他测试项目与方法
    2.2 试验方案与设计
        2.2.1 曝气强度对污泥稳定化过程的影响
            2.2.1.1 批式试验的设计与启动
            2.2.1.2 分析测试指标及方法
        2.2.2 污泥浓度对稳定化过程的影响
            2.2.2.1 批式试验的设计与启动
            2.2.2.2 分析测试指标及方法
        2.2.3 污泥类型对稳定化过程的影响
            2.2.3.1 批式试验的设计与启动
            2.2.3.2 分析测试指标及方法
        2.2.4 消化温度对稳定化过程的影响
            2.2.4.1 批式试验的设计与启动
            2.2.4.2 分析测试指标及方法
        2.2.5 ATMAD消化工艺稳定化处理污泥的半间歇式运行
            2.2.5.1 半间歇式运行的设计与启动
            2.2.5.2 分析测试指标及方法
            2.2.5.3 半间歇式运行条件下VS去除率的计算
    2.3 试验结果与讨论
        2.3.1 曝气强度对污泥稳定化过程的影响
            2.3.1.1 VS去除率
            2.3.1.2 pH与ORP
            2.3.1.3 消化过程碳、氮、磷的变化
            2.3.1.4 消化污泥的脱水性能
        2.3.2 污泥浓度对稳定化过程的影响
            2.3.2.1 VS去除率
            2.3.2.2 pH与ORP
            2.3.2.3 消化过程碳、氮、磷的变化
            2.3.2.4 消化污泥的脱水性能
        2.3.3 污泥类型对稳定化过程的影响
            2.3.3.1 VS去除率
            2.3.3.2 pH与ORP
            2.3.3.3 消化过程碳、氮、磷的变化
            2.3.3.4 消化污泥的脱水性能
        2.3.4 消化温度对污泥稳定化过程的影响
            2.3.4.1 温度对稳定化效果的影响
            2.3.4.2 消化过程碳的变化
            2.3.4.3 消化过程氮的变化
            2.3.4.4 消化过程磷的变化
            2.3.4.5 消化体系中SO4
2+浓度变化
            2.3.4.6 消化污泥的脱水性能
            2.3.4.7 消化污泥FT－IR分析
        2.3.5 污泥ATMAD消化工艺的半间歇式运行
            2.3.5.1 HRT对污泥稳定化效果的影响
            2.3.5.2 消化体系pH与ORP变化
            2.3.5.3 消化过程碳的变化
            2.3.5.4 消化过程氮的变化
            2.3.5.5 消化过程磷的变化
            2.3.5.6 消化污泥的脱水性能
    2.4 本章小结
第三章 单段式ATMAD消化体系有机组分代谢规律
    3.1 试验方案的设计
        3.1.1 批式(间歇式)试验
        3.1.2 半间歇式消化试验
        3.1.3 分析测试方法
    3.2 污泥稳定化效果
        3.2.1 批式运行过程的污泥消化效果
        3.2.2 半间歇式操作条件下污泥消化效果
    3.3 消化过程VFA组分及浓度变化
        3.3.1 批式消化条件下VFA组分及浓度变化
        3.3.2 半间歇式操作条件下VFA组分及浓度变化
    3.4 有机组分的代谢过程与途径
        3.4.1 生化代谢模型的建立与VFA组分变化规律
        3.4.2 VFA代谢过程对消化体系ORP的影响
    3.5 本章小结
第四章 单段式ATMAD消化体系有机物降解动力学
    4.1 好氧消化过程有机物降解动力学概述
        4.1.1 影响有机物降解速率的因素
        4.1.2 动力学分析的评价指标
    4.2 单段式ATMAD工艺有机物降解动力学试验方案
        4.2.1 试验过程与设计
        4.2.2 反应动力学公式的建立
    4.3 反应动力学参数的确定
        4.3.1 消化温度对有机物降解动力学的影响
        4.3.2 污泥浓度对有机物降解动力学的影响
        4.3.3 污泥有机组分比率对有机物降解动力学的影响
        4.3.4 动力学参数的检验
    4.4 本章小结
第五章 嗜热微生物的分离、纯化及其对污泥稳定化过程的生物强化作用
    5.1 试验方案的设计
        5.1.1 嗜热微生物的分离与纯化
        5.1.2 生物强化试验的启动
        5.1.3 化学分析与测试
        5.1.4 分子生物学试验
            5.1.4.1 污泥样品基因组的提取
            5.1.4.2 污泥样品总DNA的PCR扩增
            5.1.4.3 变性梯度凝胶电泳(DGGE)
            5.1.4.4 割胶回收与核酸序列分析
    5.2 嗜热微生物的分离与鉴定结果
    5.3 生物强化处理过程与效果
        5.3.1 VS去除率
        5.3.2 消化体系中碳与氮的变化
        5.3.3 pH与ORP变化
    5.4 生物强化处理过程的微生物区系变化
        5.4.1 DGGE图谱及分析
        5.4.2 污泥消化体系的微生物种群结构分析
    5.5 本章小结
第六章 污泥单段式ATMAD消化工艺中试效果及体系热平衡
    6.1 中试工艺的设计与启动
        6.1.1 中试装置的设计
        6.1.2 中试系统运行方式
            6.1.2.1 批式消化试验的启动
            6.1.2.2 半间歇式运行过程的启动
        6.1.3 分析测试方法
    6.2 中试系统的批式运行过程
        6.2.1 批式运行过程的污泥稳定化效果
        6.2.2 消化体系pH与ORP变化
        6.2.3 消化体系中氮的变化
        6.2.4 消化体系中碳的变化
        6.2.5 消化体系中磷的释放
        6.2.6 消化污泥脱水性能
        6.2.7 消化污泥物理形态的变化
    6.3 中试系统的半间歇式运行过程
        6.3.1 VS去除率与反应器温度
        6.3.2 pH与ORP变化
        6.3.3 消化体系中碳、氮、磷的变化
        6.3.4 氧利用率
    6.4 消化体系热平衡分析
        6.4.1 污泥热值分析
        6.4.2 消化体系热平衡方程
        6.4.3 中试装置热平衡计算
    6.5 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
附录 主要名称及缩写
攻读博士学位期间的科研成果
致谢



本文编号：3867732

boshi