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《华中科技大学》 2011年
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超声预处理组合技术改善污水污泥厌氧消化的研究

刘畅  
【摘要】:随着我国城镇污水处理率的提高,大量剩余污泥的处理与处置已经成为亟待解决的环境新课题。厌氧消化技术在污泥稳定化及减量化方面效果显著。但是,由于污泥消化产气量少,无法依靠自身产生的能量完成消化过程,造成厌氧消化的能耗较高,制约了该技术在污泥处理工艺中的应用。 功率超声破解预处理能有效提高污泥的生物可降解性,国外有机物含量较高的剩余污泥即使采用该技术对部分投配污泥进行处理,厌氧消化工艺的产气量也有显著提高;我国剩余污泥有机物含量普遍较低,采用相同的超声预处理技术和厌氧消化工艺难以明显提高产气量,污泥厌氧消化处理能耗仍得不到有效回馈。本文以提高厌氧消化种泥活性同时降低污泥破解单位能耗的角度出发,深入研究半连续进料厌氧消化条件下低强度超声种泥促进破解污泥全量厌氧消化的相关工艺参数,达到降低污泥处理能耗的目的。本文的主要结果如下: (1)研究了低强度超声对污泥有机物溶出及微生物菌落的影响,获得低强度超声处理污泥的优化参数,并比较了不同条件的低强度超声处理后污泥厌氧活性的差异。实验结果表明,低强度超声预处理后污泥SCOD/TCOD值增加,污泥中大量的不溶性物质转换为可溶性物质,有利于促进污泥厌氧消化水解作用。但污泥SCOD的增加来自超声过程中污泥絮体和微生物细胞的破解,将抑制污泥的厌氧消化活性。通过选择和优化污泥低强度超声处理的相关参数,声能密度0.25 W/mL,声强0.35W/cm2,超声时间15 min的低强度超声能有效提高污泥厌氧消化性能。与未经超声处理的泥样R(VS/TS 20值相比其R(VS/TS)20值提高了51%。该条件下得到的污泥适合作为破解污泥的种泥使用。 (2)研究了功率超声破解下污泥有机物的溶出规律,结合接种量优化条件下破解污泥有机物质的降解特性,分析得到合理的污泥破解程度和高效的功率超声参数。此外,研究了曝气及污泥流动方式对超声破解中空化效应及机械效应的影响,并分析污泥有机物溶出产量,通过有效的辅助手段进一步提高功率超声破解污泥的效率。实验结果表明,1200 W、2 min功率超声破解下得到的污泥破解程度较合适,其SCOD/TCOD值为10.9%。通过曝气无法增强超声空化作用破解污泥。循环流条件实现反应器中污泥得到变幅杆附近较强声场作用的同时也延长了污泥在反应器中的停留时间,充分发挥了功率超声波的机械效应,因此对破解污泥SCOD的提高有较显著的效果。在功率超声破解过程中采用污泥循环流可将破解污泥SCOD提高13.6%。 (3)研究低强度超声污泥在半连续进料条件下对功率超声破解污泥厌氧消化的作用,分析该条件下消化污泥的产酸、产气特性;采用合理的低强度超声污泥接种条件提高破解污泥在半连续进料条件下的厌氧消化性能;分析组合超声预处理技术对污泥处理工艺的综合效益。实验结果表明,低强度超声种泥不能在短期内适应半连续进料的污泥消化形式,易造成污泥酸化现象,其影响在连续运行20d后仍无法完全消失,消化工艺不稳定且产气量较低。而采用无进料条件下培养8d的低强度超声污泥,种泥中甲烷菌生物量得到提高,菌群结构相对平衡,可以适应半连续的进料条件,消化工艺启动更快,稳定产气量提高19.6%。 (4)进行了超声预处理组合技术的适用性研究及其综合效益分析。结果表明,采用超声预处理组合技术得到的消化污泥降解更充分,生物稳定性更好。消化污泥沉降性以及脱水性能均有明显改善,益于后续处理。污泥破解的单位能耗为26.3kWh/m3。采用组合超声预处理的污泥消化气产量能够满足污泥加热能耗和污泥干化能耗,两者共占污泥处理能耗的86.7%,最大的满足了污泥处理过程中的能耗需求,有利于实现污泥消化气的规模化利用。采用组合超声预处理的污泥处理净能耗最低,仅为无预处理的污泥处理净能耗的53.6%,与单独采用超声破解预处理的污泥处理净能耗相比降低了17.1%,节能效果明显。
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