酸性条件下UASB与CSTR产甲烷反应器启动及运行特性研究

摘要

随着技术的发展与进步,厌氧生物发酵技术在环境领域的作用愈发重要,成为解决环境污染问题与生物能源回收的重要途径之一。运用厌氧反应器进行的厌氧生物发酵产甲烷工艺是厌氧生物发酵的重要组成部分,具有有机物去除率高、能源回收率高、稳定性好,可同时实现有机废水处理与能源回收等优势,在常规污水处理与能源回收方面已实现产业化。本文针对酸性废水低pH的特点,探讨了在低pH值的酸性条件下启动运行上升式厌氧污泥床反应器(UASB)与连续流搅拌槽式反应器(CSTR)的运行特性,对于运用UASB与CSTR反应器处理酸性废水具有重要的意义。
　　本文采用先在中性条件下启动,再逐步降低反应器内部pH值的方法,研究了在中性条件启动过程与pH逐步降低过程中UASB与CSTR反应器在COD去除率、生物气产量及甲烷含量、颗粒污泥内部pH值、生物量与污泥产甲烷活性等方面的变化规律。
　　对以颗粒污泥为接种物的UASB反应器发酵产甲烷性能的研究表明,通过逐步降低pH值的方法,可以在反应系统内培养出耐酸性较强的厌氧产甲烷颗粒污泥。在逐步降低反应器内部pH值的过程中,UASB反应器的COD去除率、生物气产量及甲烷含量等参数随着pH值的降低首先呈现逐步降低的趋势,在pH值为5.5时降至最低,COD去除率为76.8％,生物气产量为14L/d,甲烷含量40%左右;距离反应器底部15cm、30cm与45cm处的生物量分别降至12.07、2.87与0.86gMLVSS/L,最大比产甲烷速率分别降至182.5、215.6与62.4mlCH4/gMLVSS·d。稳定pH值为5.5的运行过程中,反应器的运行效果开始逐步回升且趋于稳定,COD去除率稳定在80%左右,生物气产量为17L/d,甲烷含量为48%左右;距离反应器底部15cm、30cm与45cm处的生物量分别回升至13.25、3.47与1.07gMLVSS/L,最大比产甲烷速率分别为224.8、280.5与126.3mlCH4/gMLVSS·d。在pH值逐步下降过程中反应器内部不同高度的颗粒污泥内部pH值也发生了较大的变化。实验结果表明,距离反应器底部15cm处的颗粒污泥因为粒径较大,颗粒内层pH值在外部环境中pH值逐步降低的过程中变化幅度较小,距离反应器底部45cm处的颗粒污泥因粒径较小,内层pH值随外部环境变化而变化的幅度较大。
　　研究表明,以絮状污泥为接种物的CSTR反应器在pH值逐步降低过程中,反应器运行效果明显比UASB反应器差,且在pH值降低过程中,波动幅度也明显大于UASB反应器的。稳定pH为5.5的运行过程中,CSTR反应器的COD去除率为67%左右,生气产量为12L/d左右,甲烷含量为35%左右,生物量为6.97gMLVSS/L,最大比产甲烷速率为166.46mlCH4/gVSS·d。
　　对在酸性条件下启动运行成功后的运行特性分析表明,通过逐步降低反应器内部pH的方法,在UASB与CSTR内部驯化、培养出了耐酸性较强的活性污泥。酸性条件下反应器内部的活性污泥对pH值与COD等外部环境冲击的耐受与缓冲能力明显高于中性条件下的污泥。

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第1章 绪 论

1.1 有机废水厌氧生物处理技术与甲烷化技术

1.2 UASB反应器生物产甲烷技术

1.3 CSTR反应器研究现状

1.4 课题来源、研究目的意义及研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验装置

2.2 实验条件

2.3 分析项目及检测方法

第3章 酸性条件下UASB产甲烷反应器启动及运行特性

3.1 引言

3.2 UASB中性条件下的启动特性

3.3 UASB酸性条件下的启动特性

3.4 酸性条件下UASB运行特性分析

3.5 本章小结

第4章 酸性条件下CSTR产甲烷反应器启动及运行特性

4.1 引言

4.2 CSTR中性条件下的启动特性

4.3 CSTR酸性条件下的启动特性

4.4 酸性条件下CSTR运行特性分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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