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城镇生活垃圾与污水厂污泥一体化处理技术研究

吴正松  
【摘要】:随着我国城市生活垃圾量的快速递增和污水处理厂污泥产量的不断增长,将其无害化和资源化处理与处置迫在眉睫。论文在全面综述当前国内外生活垃圾和污水处理厂污泥处理与处置技术时,发现将二者分开单独处理与处置,过程繁琐,在一定程度上增加了处理和管理的难度,限制了垃圾和污泥的资源化;认为开发一种新型的将生活垃圾与污水处理厂污泥在同一反应器中一体化处理,并充分利用垃圾产热为污泥厌氧消化提供温度条件,不仅节约用地,便于管理,而且还节约能源,产生新能源。为此,论文在污泥浓缩消化一体化反应器的基础上,开发了城市生活垃圾与污水处理厂污泥一体化处理反应器。主要研究内容包括:以污泥浓缩消化一体化反应器TISTD为基础,结合垃圾厌氧/好氧堆肥处理原理设计开发了一体化处理城镇生活垃圾与污水处理厂污泥的反应器;以餐厅厨房垃圾及污水处理厂二沉池的污泥为研究对象对反应器进行了优化;利用优化反应器一体化处理了厨余垃圾和污水处理厂二沉池污泥,并对优化反应器的处理效果进行了分析。取得的主要成果有: ①以污泥浓缩消化一体化反应器TISTD为基础,结合垃圾堆肥处理原理提出反应器设计的思路及设计要点,依照小城镇生活垃圾实际产生量当中有机质的含量与相同规模的小城镇污水处理厂污泥产生量的比值确定了反应器垃圾堆肥仓与污泥浓缩消化仓的体积比(1:1),反应器有效容积为440L,污泥仓设计投配率30%,垃圾仓每次添加新鲜垃圾40kg,垃圾处理采用厌氧发酵的方式。 ②试验考察了反应器在启动阶段的运行状况,结果表明:在整个试验过程中,反应器各部分的温度变化趋势基本一致,但是两仓的温度均较低;垃圾仓一直为酸性较强的环境,虽然产生较多的气体(最大25L/d)能为污泥仓补充搅拌用气体,但垃圾发酵周期长;污泥仓同样出现了较严重的酸化现象,有机质去除效果差,VS/TS仅从0.4~0.8降为0.3~0.45,VSS去除率也只在0.18~0.25之间。说明反应器持续运行状况不理想。 ③根据反应器存在的不足,在对反应器运行效果充分分析的基础上对反应器进行了优化:通过热平衡方程的计算将垃圾仓与污泥仓的容积比确定为5:1,将两仓之间的隔板改为PP板,反应器外加保温层。优化反应器总的有效容积为710L,其中垃圾仓600L,采用好氧堆肥方式,垃圾仓将污泥浓缩消化仓完全包围住,增加了气体除臭系统。 ④通过多次试验对优化反应器的运行状况进行了考察,结果表明:污泥仓温度的变化曲线趋势与垃圾仓的一致,污泥仓的温度平均低于垃圾仓10℃左右,垃圾仓最高温度达到50℃,污泥仓的温度在污泥厌氧消化的适宜温度范围内;反应器pH变化范围不大,在启动1周后基本上在中性左右波动;污泥仓VS/TS平均下降了32.2%,含水率平均下降了1.43%,在污泥仓在反应器启动的20~30天时,产气量渐趋稳定,日产气量为15L左右,排泥比阻为7.2×1011m/kg~7.9×1011m/kg;说明反应器运行平稳,污泥仓对污泥浓缩消化的效果要优于垃圾仓对垃圾的处理效果;除臭系统对反应器运行过程中产生的臭气除臭效果良好。 ⑤优化反应器的垃圾仓中的纤维素酶和蛋白酶的活性波动较大,但污泥仓中的蛋白酶的活性和辅酶F420浓度在分别在反应器启动的第3天和第5天达到峰值,并一直处于相对稳定的状态。 ⑥反应器中的垃圾和污泥DNA的PCR扩增图谱条带较明显、亮度较高,无明显拖尾和RNA干扰现象,说明系统中垃圾和污泥微生物含量丰富。在反应器运行的不同时期,垃圾、垃圾渗滤液和污泥中TGGE图谱具有多个条带,说明微生物种群呈多样性分布,表明反应器在运行过程中能维持多种微生物的存在,能够承受高冲击负荷。泳带条带显示,污泥样品生物多样性最好。 研究证实将城市生活垃圾和污水处理厂污泥置于同一反应器一体化处理简单可行,研究成果为进一步优化反应器并最终推动此反应器在小城镇实践具有重要的意义。


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