污泥预处理强化及厌氧消化特性研究

发布时间：2017-08-08 16:29

  本文关键词：污泥预处理强化及厌氧消化特性研究

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【摘要】：近些年随着我国污水治理力度不断加强,污泥产量越来越大,污泥的处理处置问题也变得越来越重要。与国外相比,我国的污泥有机物含量较低,泥沙颗粒等无机含量偏高。为了提高污泥的厌氧消化效率,研究人员提出了许多预处理工艺,包括热水解、碱处理、臭氧处理等。其中热水解是人们研究的一个重要领域,但人们多关注于温度高于100℃的高温预处理,而对低于100℃的热水解研究较少。本研究采用CSTR反应器,探究剩余污泥在低温热水解过程中的有机物变化规律和污泥减量效果。找出最佳低温热水解条件,并在此基础上,探究过硫酸钠对剩余污泥破解程度的进一步影响。根据污泥破解程度确定最佳处理条件和组合工艺,并讨论最佳预处理工艺对污泥厌氧消化过程的强化。研究表明,在低温热水解试验中,采用60℃、70℃、80℃三个温度条件分别对污泥样品预处理12h后,污泥的各项指标基本稳定,不再变化。此时,60℃处理后的污泥上清液中的SCOD提高了17.1倍,70℃条件下SCOD提高了23.3倍;80℃条件下SCOD提高了25.0倍。其中70℃条件比60℃条件处理效果提高了三分之一,而80℃条件比70℃条件处理效果提高量不到十分之一。用污泥低温热水解前后的SCOD变化来定义污泥破解程度发现,70℃条件下污泥的破解程度只能达到22%作用。剩余污泥在70℃条件下热水解12h,经分子光谱分析发现,污泥上清液中有溶解性细胞副产物类物质产生,如一些具有共轭双键结构的核酸和大量苯环类物质。在低温热水解条件下,用过硫酸钠作为氧化剂,采用热解(60-90℃)方式活化产生具有强氧化性的硫酸自由基来进一步氧化破解污泥。通过实验发现,在过硫酸钠投量为0.01g/g TS、活化温度为70℃、反应时间为90min的条件下,单独采用过硫酸钠氧化对污泥的破解程度能达到18%左右。而在低温热水解前后投加作为氧化剂的过硫酸钠,并没有进一步提高污泥的破解程度,此时的污泥破解程度依旧只能达到22%左右,与单独对污泥进行低温热水解的结果相差不大。对低温热水解的剩余污泥进行高温(55±1℃)厌氧消化和产甲烷实验。结果发现,低温热水解后的污泥在20d的产甲烷实验中,与原污泥相比,其产甲烷量提高了142%。对低温热水解后的污泥进行序批间歇式进样的方式厌氧消化发现,与原污泥相比,在34d的消化周期内,污泥的整体TS减量差别不大,都是达到23%~26%。缩短消化时间到20d时,低温热水解污泥消化后的TS减少率也能达到22%左右,而原污泥的TS减少率只能达到17%,结果表明,低温热水解可以缩短污泥厌氧消化时间。
【关键词】：剩余污泥 低温热水解 过硫酸钠 厌氧消化
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 课题背景及研究目的和意义11-14
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究目的及意义12-14
• 1.2 污泥的处理与处置14-17
• 1.2.1 污泥处理处置的目的14-15
• 1.2.2 污泥处理处置的技术15-17
• 1.3 污泥预处理技术研究现状17-22
• 1.3.1 物理预处理方法17-19
• 1.3.2 化学预处理方法19-21
• 1.3.3 生物预处理方法21
• 1.3.4 其他联合预处理方法21-22
• 1.4 低温热水解处理污泥现状22-23
• 1.5 基于硫酸自由基的高级氧化技术23-25
• 1.5.1 硫酸自由基的产生23-24
• 1.5.2 基于硫酸自由基的高级氧化技术的研究现状24-25
• 1.6 主要研究内容25-27
• 第2章 实验材料与方法27-33
• 2.1 实验装置与运行方法27-29
• 2.1.1 低温热水解实验27
• 2.1.2 过硫酸钠氧化预处理剩余污泥实验27
• 2.1.3 低温热水解对剩余污泥产气的影响实验27-28
• 2.1.4 污泥厌氧发酵实验28-29
• 2.2 污泥来源与性质29
• 2.3 实验设备29-30
• 2.4 试验检测项目与测定方法30-31
• 2.4.1 常规检测分析30-31
• 2.4.2 分子光谱分析31
• 2.5 定义31-33
• 第3章 低温热预处理对剩余污泥性质的影响33-47
• 3.1 污泥浓度对污泥分解程度的影响33
• 3.2 低温热水解对有机物溶出的影响33-40
• 3.2.1 预处理对污泥pH的影响34
• 3.2.2 预处理对污泥SCOD的影响34-35
• 3.2.3 预处理对污泥NH_4~+-N的影响35-36
• 3.2.4 预处理对污泥上清液中TVFAs的影响36-39
• 3.2.5 预处理对污泥上清液中蛋白质和多糖浓度的影响39-40
• 3.3 低温热水解对污泥减量效果的研究40-41
• 3.4 污泥低温热预处理连续运行工艺41-42
• 3.4.1 污泥上清液中SCOD的变化规律41-42
• 3.4.2 SCOD/TCOD的变化规律42
• 3.5 低温热水解前后有机物变化规律42-45
• 3.5.1 低温热水解对污泥絮体结构的影响42-43
• 3.5.2 低温热水解前后污泥上清液的紫外光谱特征43-44
• 3.5.3 低温热水解前后污泥上清液的三维荧光光谱特征44-45
• 3.6 本章小结45-47
• 第4章 硫酸自由基氧化预处理对剩余污泥性质的影响47-56
• 4.1 硫酸自由基氧化预处理剩余污泥的条件优化47-51
• 4.1.1 污泥浓度对污泥破解程度的影响47-48
• 4.1.2 反应时间对污泥分解程度的影响48
• 4.1.3 过硫酸钠氧化对污泥性质的影响48-51
• 4.2 先硫酸自由基氧化后低温热水解预处理对污泥破解的影响51-52
• 4.3 先低温热水解后硫酸自由基氧化预处理对污泥性质的影响52-54
• 4.3.1 污泥样品的pH值变化52
• 4.3.2 上清液中SCOD的变化52-53
• 4.3.3 上清液中NH_4~+-N的变化53
• 4.3.4 上清液中VFA的变化53-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第5章 低温热水解对厌氧消化的影响56-64
• 5.1 低温热水解对厌氧消化产甲烷的影响56-57
• 5.1.1 低温热水解对累积甲烷产量的影响56-57
• 5.1.2 低温热水解对日甲烷产量的影响57
• 5.2 厌氧消化过程中污泥性质的变化57-62
• 5.2.1 pH和碱度在厌氧消化周期内的变化规律58-59
• 5.2.2 NH_4~+-N在厌氧消化周期内的变化规律59
• 5.2.3 COD在厌氧发酵周期内的变化规律59-61
• 5.2.4 污泥厌氧消化过程中的污泥减量61-62
• 5.3 本章小结62-64
• 结论64-65
• 参考文献65-73
• 致谢73

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