预处理方法对污泥厌氧耦合微生物电解及厌氧消化产能的影响

摘要

作为污水处理的副产物，剩余污泥的产量日益增多，其处理处置已成为制约污水处理厂“零污染排放”的瓶颈环节。剩余污泥中的主要成分是有机物质，如能将这些有机物质回收利用，将会产生很大的经济效益和能源效益。目前，限制污泥资源化效率的主要环节是提高污泥水解速率的预处理阶段。本课题的研究以提高污泥资源化率为切入点，通过对三种预处理后的污泥厌氧耦合微生物电解池产氢及厌氧消化产甲烷效能进行研究，考察预处理方法对污泥资源化产能效果的影响，最终为污泥的能源化应用提供技术和理论支持。
　　本课题选取了三种典型的污泥预处理方法，分别是热碱、冻融和超声预处理，考察其对剩余污泥的预处理效果。试验结果表明：三种预处理方法均能够有效的促进污泥絮体和微生物细胞的破裂，释放其中的有机物于污泥上清液中，大大提高了污泥混合液上清液中可溶性有机物的含量。按可溶解性有机物（SCOD）增加量由大到小排序为：热碱组＞超声组＞冻融组，相应的SCOD浓度分别为空白的28.89、15.74和9.13倍，相应的污泥破解率分别为20.80％、10.99%和6.07%。
　　预处理后的污泥厌氧耦合微生物电解工艺（AD-MEC）产氢结果表明：在整个运行周期内，微生物电解体系对SCOD和可溶解性碳水化合物在运行的前6 h消耗较快，对可溶解性蛋白质的去除速率，除热碱组在前12 h迅速下降之外，其余试验组在前3 h去除速率较快；同时发现微生物电解体系对挥发酸各组分的利用率不完全相同，按利用率由大到小排序为：乙酸＞丙酸＞正丁酸＞正戊酸＞异戊酸＞异丁酸。热碱组的平均能量回收效率和产氢效能均最高，分别为160.16%和1.12 m3 H2·（m3反应器·d）-1；各试验组按照平均产氢效率和能量回收效率由大到小排序为：热碱组＞超声组＞冻融组＞空白组，因此，热碱预处理耦合AD-MEC工艺对剩余污泥进行产氢具有较好的能源回收效果。
　　不同预处理耦合厌氧消化产甲烷工艺的运行结果表明：试验周期内，SCOD和挥发性酸呈现先上升后下降，最后趋于稳定的趋势。空白组、热碱组、冻融组和超声组的SCOD最大值分别为684 mg/L、5688 mg/L、1675 mg/L和2894 mg/L；可溶性碳水化合物和蛋白质在试验运行初期，两者的含量均呈现较快速的下降，后期下降趋势趋于稳定。空白组和冻融组的累计CH4产量差别不大，分别为22.71 mL和26.01 mL；热碱组和超声组的累计CH4产量基本相同，分别为147.01 mL和147.39 mL，因此，热碱和超声预处理耦合厌氧消化产甲烷工艺对剩余污泥进行资源化处理具有较好的能源回收效率。
　　本课题的研究结果对剩余污泥的能源化具有重要的借鉴意义。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 剩余污泥预处理技术研究现状

1.3 微生物电解池产氢研究现状

1.4 剩余污泥厌氧消化产甲烷概述

1.5 课题研究的目的意义和内容

第2章 实验材料、装置与分析方法

2.1 实验材料

2.2 实验装置

2.3 实验方法

2.4 主要分析指标及计算方法

第3章 预处理方法对剩余污泥破解效果的影响

3.1 预处理方法对污泥粒径的影响

3.2 预处理方法对可溶解性有机物溶出效果的影响

3.3 预处理方法对污泥破解率的影响

3.4 本章小结

第4章 预处理方法对污泥AD-MEC产氢效能影响

4.1 发酵液的基本性质

4.2 MEC反应器的启动

4.3 发酵液中有机物在MEC中的变化规律

4.4 预处理方法对MEC产氢效能的影响

4.5 本章小结

第5章 预处理方法对污泥厌氧消化产甲烷效能影响

5.1 厌氧消化过程可溶解性有机物的变化规律

5.2 预处理方法对厌氧消化产CH4效能的影响

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢