囊式厌氧污泥消化工艺启动与运行研究

摘要

随着城市污水规模越来越大，大量污泥难以处理引起很多问题。我国为数不多的正常运营的污泥厌氧消化工程因为北方地区气温低和有机质含量低导致沼气产率低、有机物降解不完全，因此如何从池型和运行条件上进行优化是目前亟待解决的问题，同时污泥厌氧消化方面的微生物很少对菌群的功能和结构进行深入研究。
　　本研究以 CSTR小试装置的污泥厌氧消化启动过程作为基础，进行了囊式污泥厌氧消化反应池的启动，同时对囊池五个多月的稳定运行数据和两个多月的鸡粪调理数据进行分析，总结了温度、搅拌强度和污泥负荷对囊式污泥厌氧消化的影响。最后通过对消化污泥的高通量测序，从古菌和细菌的种群结构分析了厌氧消化的微生物机理。
　　CSTR小试装置的污泥厌氧消化启动过程表明，中温反应器的有机物消减率（42.7%）比常温反应器有机物消减率（37.8%）略高，但优势并不明显。囊式厌氧消化反应池采用27-30℃进行启动的过程分3个阶段。前期为微生物驯化期，VFA不断积累；中期为为微生物成熟期，碱度迅速升高；后期为碱性发酵阶段，VSS消减率最高有52%，沼气产率最高达到0.6946m3/kg去除VSS。
　　囊式厌氧消化系统稳定运行期间，VSS消减率整体大于40%，在42.74%-56.35%的范围内，沼气产率最高达到了1.11 m3/kg去除VSS，平均为0.84m3/kg去除VSS。污泥经厌氧消化后，平均毛细吸水时间增加了7.75倍，脱水性能变差。
　　囊式厌氧消化池的微生物种群结构分析中发现，Proteobacteria、Chloroflexi、Firmicutes三个门类的细菌为优势种群优势菌纲主要有 Anaerolineae、Clostridia、Alphaproteobacteria、Bacilli、 Synergistia、 Betaproteobacteria。消化污泥中古菌的优势菌属有Methanothrix、Methanospirillum、Methanoregula、Methanosphaera四种菌属。在产甲烷菌群中，依靠分解乙酸为CH4和CO2产生能量的甲烷菌占70%，利用CO2/H2、二元醇或者甲酸为产甲烷的甲烷菌占30%。
　　在囊池高负荷运行阶段，搅拌强度对 VSS消减率影响很小，增加搅拌时间对沼气产率则有先增高后降低的趋势，沼气产率在14h/d的时候最大。温度从28±1℃升高到32±1℃，VSS消减率提高了20％左右，沼气产率在温度低于31℃时变化不大，而在32±1℃时显著提高。有机物去除率随污泥投配率增大而减小，沼气产率随污泥投配率的增大而呈先迅速升高后略有减小的趋势。
　　污泥厌氧消化在鸡粪投配比1:4的消化效果大于1:9的效果，在1:4的鸡粪投配下，VFA浓度最高时为456.1mg/L，沼气产量比空白组的单一污泥厌氧发酵沼气产量提高了91.2%。囊式污泥厌氧消化的每吨泥（含水率为80%）的直接运行成本96.90元。

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源、研究背景及意义

1.2 厌氧消化原理与研究现状概述

1.3 厌氧消化池型的设计和选择

1.4 污泥厌氧消化的沼气利用现状和展望

1.5 课题研究的内容和技术路线

第2章 材料与方法

2.1 实验装置与研究方法

2.2 污泥来源与性质

2.3指标测定方法

第3章 污泥厌氧消化的启动过程研究

3.1 引言

3.2 污泥厌氧消化小试装置的启动过程

3.3污泥囊式厌氧反应池的启动过程

3.4本章小结

第4章 囊式厌氧污泥消化工艺运行效能研究

4.1引言

4.2运行条件

4.3运行效果

4.4微生物种群结构分析

4.5本章小节

第5章 囊式厌氧污泥消化的影响因素研究与工艺优化

5.1引言

5.2不同运行条件对污泥厌氧消化的影响

5.3鸡粪投加增强厌氧消化的效果研究

5.4囊式污泥厌氧消化的运行成本

5.5本章小节

结论

参考文献

声明

致谢