城市剩余活性污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化特性研究

摘要

剩余活性污泥作为污水处理过程中产生的副产物，其产量随着污水处理率的提高而迅速增加，对城市环境的保护造成越来越大的威胁。作为剩余污泥的处理方法，厌氧消化与堆肥、焚烧及填埋相比不仅可以使污泥得到减量化、无害化，还可以产生清洁能源——沼气，进一步实现资源化。为了解决污泥传统厌氧消化产能效率不高的缺点，在厌氧消化系统中加入有机物含量高的餐厨垃圾，以均衡厌氧消化系统的营养配比，提高厌氧系统的消化性能。本文采用全混式厌氧反应器(CSTR)对剩余活性污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化性能进行研究，整个实验分为最佳混合比例探讨以及不同温度下有机负荷率(OLR)对混合厌氧消化性能的影响两个阶段。
　　在第一阶段中，于高温(55℃)厌氧条件下以半连续式进料方式启动厌氧反应器，考察混合比例对厌氧消化效率及稳定性的影响。实验表明，在启动初期添加餐厨垃圾的厌氧反应器产酸量急剧升高，但均能在NaHCO3调节碱度及pH值的条件下逐渐达到稳定状态，且产能效率远高于纯污泥组。剩余活性污泥与餐厨垃圾以固含量(TS)之比为1∶0.5时，平均产甲烷量在稳定期达到600mL/d，挥发性有机物(VS)去除率达到60％左右，从产能效率及稳定性角度综合评价，此混合比例最佳。
　　在第二阶段中，以TS之比1∶0.5分别在35、45和55℃下以1gVS/L/d启动混合厌氧反应器，在188天内逐渐增加各个系统的有机负荷(1～8gVS/L/d)，考察厌氧系统性能的变化。实验结果表明，在1gVS/L/d时，55℃的平均产气量分别为35和45℃系统的1.6及1.3倍，平均产甲烷量分别为0.40，0.26和0.30LCH4/gVSadded。在稳定期内，混合厌氧消化系统的产气率随着有机负荷增大而增加，但甲烷产量以及VS去除效率则呈现下降趋势。高温厌氧系统具有最佳的有机负荷抵抗能力，而中温厌氧系统则在低有机负荷(＜5gVS/L/d)时有最佳的稳定性。三个系统能忍受的极限有机负荷值分别为5、6及7gVS/L/d。进一步对各个系统稳定条件下的微生物群落进行PCR-DGGE研究发现，温度比有机负荷对厌氧消化系统细菌群落的数量级多样性的影响更明显。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 污泥的特性概述

1．2．1 污泥的来源及分类

1．2．2 污泥的特性及危害

1．3 污泥主要处理处置方法

1．3．1 污泥主要处理技术

1．3．2 污泥主要处置技术

1．3．3我国污泥处置现状

1．4 厌氧消化的微生物作用原理及技术分析

1．4．1 厌氧消化基本理论

1．4．2 厌氧消化中微生物及其相互关系

1．5 厌氧消化的影响因素

1．6 厌氧消化技术工艺

1．7 污泥厌氧消化处理的优点及难点

1．7．1 污泥厌氧消化处理的优点

1．7．2 污泥厌氧消化处理的难点

1．8 污泥与其他生物质垃圾混合厌氧消化研究现状

1．9 课题主要研究意义及内容

第2章 混合比例对剩余活性污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化的影响研究

2．1 引言

2．2 实验材料与方法

2．2．1 实验装置

2．2．2 实验试剂及设备

2．2．3 实验材料

2．3 主要特征参数及分析方法

2．3．1 固含量(TS)、挥发性有机物(VS)测定

2．3．2 碳氮比(C／N)测定

2．3．3 pH的测定

2．3．4 氨氮(NH4+-N)含量测定

2．3．5 溶解性化学需氧量(SCOD)含量测定

2．3．6 挥发性脂肪酸(VFAs)含量测定

2．3．7 碱度测定

2．3．8 甲烷日产气量测定

2．4 实验设计

2．5 实验结果及分析

2．5．1 厌氧系统稳定性分析

2．5．2 厌氧系统效率分析

2．6 本章小结

第3章 梯度温度及有机负荷下剩余活性污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化特性研究

3．1 引言

3．2 实验材料与方法

3．2．1 实验装置

3．2．2 实验试剂和设备

3．2．1 实验材料

3．3 主要特征参数及分析方法

3．3．1 样品DNA的提取

3．3．2 1％琼脂糖凝胶电泳

3．3．3 PCR扩增

3．3．4 DGGE分析

3．4 实验设计

3．5 实验结果及讨论

3．5．1 厌氧系统稳定性分析

3．5．2 厌氧系统效率分析

3．5．3 混合厌氧消化系统中细菌群落结构分析

3．6 本章小结

结论与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表学术论文目录

附录B 攻读学位期间申请专利目录

致谢