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《天津大学》 2016年
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脱水剩余污泥热碱预处理及其固态厌氧消化规律研究

郭海刚  
【摘要】:随着我国城市建设的发展,污水处理厂脱水剩余污泥的产量逐年增加,对其进行减量和能源回收就显得非常重要。环保部将污泥中温厌氧消化工艺作为污泥处理的一种最佳工艺。但污泥的生物分解性差,导致传统的厌氧消化时间长,设备体积大。为解决污泥厌氧消化的这些问题,本文尝试了脱水剩余污泥固态热碱预处理改善其可生化性后,直接固态厌氧消化的技术路线,并研究了固态预处理和固态厌氧消化过程中底物变化和产气规律。通过对脱水剩余污泥固态热预处理的研究发现,脱水剩余污泥中SCOD(可溶性COD)、可溶性蛋白质和可溶性糖的含量随着热预处理温度的提高显著增加,在最高温度120℃预处理下,与未处理组相比,分别提高了819.8%、496.3%和2666.1%;在固态厌氧消化阶段,预处理组与未处理组相比,甲烷产气率在厌氧消化中多出一个明显的峰值,累计甲烷产量显著增加,其中120℃预处理产量最高,相比未处理组提高71.28%。通过对脱水剩余污泥固态碱预处理的研究发现,脱水剩余污泥中SCOD、可溶性蛋白质和可溶性糖的含量随着碱量的增加显著增加;固态厌氧消化结果显示,预处理组累计甲烷产量随碱量增加呈减少趋势,与未处理组相比,20 mgNaOH·g-1TS污泥碱预处理组提高了35.34%,而80mgNa OH·g-1TS污泥碱预处理组则下降了6.99%。通过响应面中心复合设计,优化热碱协同预处理试验,发现热碱协同预处理能够显著增加脱水剩余污泥中可溶性成分,固态厌氧消化中累计甲烷产量显著提高,并且随着温度和碱量的提高维持高甲烷产气率的时间依次延长;通过响应曲面法建立变量与响应之间的关系,模型模拟得到最优条件为:温度134.95℃和碱量23.77 mgNaOH·g-1TS,拟合度R2大于0.99。试验验证发现,热碱协同预处理对脱水剩余污泥中有机物质的溶出,温度起主要作用,热碱协同预处理组累计甲烷产量与模拟值差异很小。通过优化条件下热碱协同预处理固态厌氧消化试验,发现SCOD和VFAs(挥发性有机酸)在厌氧消化过程中呈先升高后降低的趋势,累计产甲烷量和验证试验结果一致,热碱协同效应使累计产甲烷量提高了7.78%,热碱协同效应明显;同时发现甲烷产气率和VFAs之间曲线呈环形,预处理深度越大,环形面积越大。累计甲烷产量动力学分析发现,Gompertz模型更适合模拟热和热碱协同预处理的累计甲烷产量曲线,其拟合度R2在0.99以上。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:X703

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