高含固率高氮污泥厌氧消化工艺的研究

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随着我国环境质量标准的完善,在污水处理效率不断提高的同时,污泥的产量也急剧增加,未经稳定处理的污泥给水体和大气带来二次污染,严重威胁环境和人类活动,因此,对污泥的处理和资源化成为目前研究的热点。在众多的污泥处理处置方法中,厌氧消化工艺由于具有耗能低、处理效果好、能够产生沼气等优势得到广泛应用。目前,厌氧消化工艺已经成为一种比较成熟的污泥处理技术,但是高含固率污泥的厌氧消化工艺仍存在很多难点,比如搅拌条件难以控制、氨氮和重金属浓度高容易对微生物活性产生抑制等。本课题的研究对象即水产品加工厂的脱水污泥,具有含固率高、含氮量高的特点。课题主要研究含固率(TS)、碳氮比(C/N)、接种量和搅拌频率对高含固率、高氮污泥厌氧消化过程的影响,通过分析挥发性脂肪酸(VFA)、挥发性固体(VS)、氨氮浓度、总有机碳(TOC)含量和产气量等各项指标的变化以及微生物群落结构,探索高含固率高氮污泥厌氧消化系统快速启动的可行性,分析不同条件下的厌氧消化效能和产气效果,确定高含固率、高氮污泥厌氧消化系统最佳运行条件。结果表明,高含固率、高氮污泥在接种量为20%时,起始氨氮浓度超过氨氮抑制浓度,但系统在8~10d仍然能顺利启动产气,且启动阶段没有出现酸抑制现象。VFA浓度在前10d有所升高,但尚未达到抑制浓度。厌氧消化的周期分别为70d到90d不等,相比低含固率污泥和碳氮比适中的污泥而言,消化周期较长。系统稳定产气后的微生物群落结构分析说明污泥含氮量越高、C/N越低,消化系统内的菌落越多。不同C/N的污泥消化系统中,优势种群不同, C/N越高,优势菌群种类越少,共有的优势菌群密度越低。起始氨氮浓度为1439mg/L的污泥在TS10%条件下进行中温厌氧消化,消化过程中氨氮浓度逐渐升高,结束时高达3420mg/L,运行过程中日产气量变化同低氨氮浓度的对照组产气量变化规律一致。证明产甲烷菌在启动过程中已经适应了高浓度氨氮的环境,逐渐升高的氨氮浓度没有对甲烷菌产生抑制,厌氧消化系统能够稳定产气。消化过程中TN浓度没有明显的变化,说明有机氮分解为氨氮后,多数存在于消化液中,基本没有氮素的损失。接种量20%和30%的反应组日产气量和有机物去除效率相差不大,为了提高污泥单位容积处理量和产气量,确定接种量为20%更符合经济性的要求。综合四组不同影响因素的对比实验,得出采用连续搅拌,工艺条件参数为TS10%、C/N12(即浮渣和剩余污泥混合)、接种量20%时,高含固率、高氮污泥在进行厌氧消化时能够得到较高的产气量和较好的消化效果,且VS产气量达到572mL/gVS,VS去除率达到34%。
摘要第5-7页
Abstract第7-8页
1 绪论第12-20页
    1.1 研究背景第12-13页
        1.1.1 污泥的来源、性质和产量第12页
        1.1.2 高含固率污泥的处理现状第12-13页
    1.2 污泥处理处置技术第13-17页
        1.2.1 污泥填埋第13-14页
        1.2.2 焚烧第14-15页
        1.2.3 污泥堆肥第15-16页
        1.2.4 污泥热解第16页
        1.2.5 土地利用第16-17页
    1.3 我国的污泥处置标准第17-18页
    1.4 研究内容和路线第18-20页
        1.4.1 课题的提出和意义第18-19页
        1.4.2 研究内容第19页
        1.4.3 研究路线第19-20页
2 污泥厌氧消化技术的机理和技术分析第20-29页
    2.1 厌氧微生物第20-22页
        2.1.1 产酸发酵菌第20页
        2.1.2 产甲烷菌第20-21页
        2.1.3 产酸发酵菌和产甲烷菌的关系第21-22页
    2.2 污泥厌氧消化的机理第22-23页
    2.3 污泥厌氧消化工艺第23-24页
    2.4 污泥厌氧消化的影响因素第24-29页
        2.4.1 温度第24-25页
        2.4.2 pH 值第25页
        2.4.3 含固率第25-26页
        2.4.4 接种量第26页
        2.4.5 碳氮比第26页
        2.4.6 搅拌第26-27页
        2.4.7 氨氮第27页
        2.4.8 重金属第27-29页
3 实验装置和分析方法第29-34页
    3.1 实验装置第29-30页
        3.1.1 小试实验装置第29-30页
        3.1.2 批式实验装置第30页
    3.2 实验指标和分析方法第30-33页
        3.2.0 污泥样品的预处理第30-31页
        3.2.1 总固体含量和挥发性固体含量第31页
        3.2.2 挥发性脂肪酸第31页
        3.2.3 氨氮第31-32页
        3.2.4 总氮第32页
        3.2.5 总有机碳第32页
        3.2.6 其他第32-33页
    3.3 实验仪器和设备第33-34页
4 含固率对高氮污泥厌氧消化的影响研究第34-42页
    4.1 实验材料第34页
    4.2 实验方案第34页
    4.3 结果与讨论第34-41页
        4.3.1 含固率对 VFA 的影响第34-36页
        4.3.2 含固率对 pH 值与氨氮浓度的影响第36-37页
        4.3.3 含固率对产气的影响第37-39页
        4.3.4 不同含固率污泥厌氧消化过程中 TN 含量的变化第39-40页
        4.3.5 不同含固率污泥厌氧消化过程中 TOC 含量的变化第40-41页
    4.4 本章小结第41-42页
5 碳氮比对高氮污泥厌氧消化的影响研究第42-52页
    5.1 实验材料第42页
    5.2 实验方案第42页
    5.3 结果与讨论第42-51页
        5.3.1 碳氮比对产气的影响第42-44页
        5.3.2 碳氮比对 pH 值与氨氮浓度的影响第44-45页
        5.3.3 不同碳氮比污泥厌氧消化过程中 TN 含量的变化第45-46页
        5.3.4 碳氮比对微生物群落结构的影响第46-49页
        5.3.5 不同碳氮比污泥厌氧消化过程中 TOC 含量的变化第49-50页
        5.3.6 碳氮比对 VS 去除效率的影响第50-51页
    5.4 本章小结第51-52页
6 接种量和搅拌频率对高氮污泥厌氧消化的影响研究第52-59页
    6.1 实验材料第52页
    6.2 实验方案第52-53页
        6.2.1 不同接种量污泥厌氧消化的实验方案第52页
        6.2.2 不同搅拌频率下污泥厌氧消化的实验方案第52-53页
    6.3 结果和讨论第53-57页
        6.3.1 接种量对高氮污泥厌氧消化的影响第53-55页
        6.3.2 搅拌频率对高氮污泥厌氧消化的影响第55-57页
    6.4 本章小结第57-59页
结论和建议第59-61页
参考文献第61-67页
致谢第67-68页
个人简介第68页
发表的学术论文第68-69页
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