本文關(guān)鍵詞：廢鐵屑強(qiáng)化剩余污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷機(jī)理研究

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【摘要】：有關(guān)全球氣候變化《巴黎協(xié)定》落槌預(yù)示著污水處理尋求碳中和運(yùn)行的時(shí)代即將來臨,使污泥厭氧消化這一老生常談的技術(shù)重獲新生。然而,剩余污泥能源轉(zhuǎn)化率較低限制著厭氧消化技術(shù)的推廣和普及,這就需要采取技術(shù)措施予以強(qiáng)化之。實(shí)驗(yàn)表明,廢鐵屑可有效強(qiáng)化產(chǎn)甲烷(CH_4)過程,但促進(jìn)機(jī)理還未曾報(bào)道。課題就廢鐵屑強(qiáng)化污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷過程開始實(shí)驗(yàn)研究與機(jī)理探討。論文首先就廢鐵屑強(qiáng)化剩余污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。從鐵腐蝕析氫(H_2)現(xiàn)象入手,對鐵在厭氧系統(tǒng)氧化還原電位(ORP)降低方面的作用、對厭氧微生物生理生化特性的影響、對涉及微生物酶活的影響等進(jìn)行了全面分析。最后,通過生命周期評估(LCA)方法評價(jià)了基于廢鐵屑的污泥厭氧消化技術(shù)對環(huán)境的影響及其經(jīng)濟(jì)合理性。綜述從技術(shù)、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)三種不同角度充分論證了廢鐵屑強(qiáng)化CH_4產(chǎn)量的可行性。前期實(shí)驗(yàn)中,分別將廢鐵屑和Na_2S加入到無生物作用的剩余污泥中,以驗(yàn)證廢鐵屑和Na_2S同樣可起到降低系統(tǒng)內(nèi)ORP效果;廢鐵屑與Na_2S的適宜投加量分別為10 g/L和500 mg/L,可以達(dá)到ORP=-350 mV之相同效果。Na_2S替代廢鐵屑加入產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器中實(shí)驗(yàn)表明,因廢鐵屑導(dǎo)致的ORP下降并不足以對甲烷產(chǎn)量提高產(chǎn)生太大影響,從而排除了廢鐵屑ORP降低導(dǎo)致CH_4增量的強(qiáng)化途徑。主體實(shí)驗(yàn)采用兩相厭氧消化步驟,將10g/L廢鐵屑分別加入酸化相和產(chǎn)甲烷相,觀察廢鐵屑介入后有機(jī)物降解情況、ORP變化、VFAs積累、生物氣產(chǎn)量、鐵濃度、微生物群落結(jié)構(gòu)和酶活變化,以此分析廢鐵屑強(qiáng)化甲烷增產(chǎn)的真實(shí)作用機(jī)理。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),鐵加入酸化相和產(chǎn)甲烷后可分別使VSS降解率提高5.0%和13.2%,生物氣產(chǎn)量分別提高10.0%和16.5%,CH_4產(chǎn)量分別提高10.1%和21.4%。廢鐵屑對厭氧消化系統(tǒng)ORP改變以及CH_4增量并不明顯;析氫腐蝕對甲烷增產(chǎn)有微弱作用,但貢獻(xiàn)甚微,貢獻(xiàn)率僅為3.7%;鐵對微生物生長繁殖和新陳代謝的促進(jìn)作用、鐵促難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化、零價(jià)鐵電子參與生化反應(yīng)(假說)等其它因素應(yīng)該為廢鐵屑強(qiáng)化甲烷增產(chǎn)的主因,貢獻(xiàn)率高達(dá)96.3%。
【關(guān)鍵詞】：厭氧消化 甲烷 廢鐵屑 析氫腐蝕 氧化還原電位(ORP)
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 課題研究背景8-10
• 1.1.1 污水處理“碳中和”運(yùn)行時(shí)代的來臨8-9
• 1.1.2 剩余污泥厭氧消化—污水處理廠能源回收的重頭戲9-10
• 1.2 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 剩余污泥厭氧消化工藝10-14
• 1.2.2 零價(jià)鐵強(qiáng)化污水/泥厭氧處理14-15
• 1.3 課題研究目的、意義及內(nèi)容15-16
• 1.3.1 課題研究目的、意義15-16
• 1.3.2 課題研究內(nèi)容16
• 1.4 論文梗概16-17
• 第2章 廢鐵屑強(qiáng)化污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷可行性分析17-30
• 2.1 厭氧鐵腐蝕現(xiàn)象18-20
• 2.1.1 鐵腐蝕析氫原理18-19
• 2.1.2 析氫速率19
• 2.1.3 H_2對產(chǎn)CH_4的影響19-20
• 2.2 鐵對ORP的影響20-22
• 2.3 鐵對厭氧微生物的影響22-25
• 2.3.1 厭氧消化系統(tǒng)中的微生物22-23
• 2.3.2 厭氧消化微生物的鐵需求23-24
• 2.3.3 鐵對硫酸鹽還原菌（SRB）的抑制作用24-25
• 2.4 鐵促酶活作用25-28
• 2.4.1 鐵與酸化階段之酶25-26
• 2.4.2 鐵與產(chǎn)甲烷階段之酶26-28
• 2.5 廢鐵屑強(qiáng)化甲烷增產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性分析28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第3章 實(shí)驗(yàn)材料與方法30-40
• 3.1 實(shí)驗(yàn)概述30-31
• 3.2 污泥來源、特征及培養(yǎng)31-33
• 3.2.1 污泥的來源和特征31-32
• 3.2.2 污泥的培養(yǎng)和馴化32-33
• 3.3 主要實(shí)驗(yàn)試劑33-34
• 3.4 實(shí)驗(yàn)儀器34
• 3.5 測定項(xiàng)目及方法34-40
• 3.5.1 氣體產(chǎn)量及組分的測定34-35
• 3.5.2 VFAs的測定35-36
• 3.5.3 熒光原位雜交（FISH）36-37
• 3.5.4 厭氧消化關(guān)鍵酶活性的測定37-38
• 3.5.5 鐵濃度的測定38
• 3.5.6 其他指標(biāo)測定方法38-40
• 第4章 廢鐵屑降低ORP潛力及對產(chǎn)甲烷相甲烷產(chǎn)量影響實(shí)驗(yàn)40-45
• 4.1 實(shí)驗(yàn)概述40
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方案40-41
• 4.2.1 廢鐵屑對ORP的降低效果及投加鐵量的確定40
• 4.2.2 ORP對產(chǎn)甲烷相甲烷產(chǎn)量的影響40-41
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論41-44
• 4.3.1 鐵對ORP的降低效果及最佳投加鐵量41-42
• 4.3.2 Na_2S對ORP的降低效果及Na_2S投加量42-43
• 4.3.3 ORP對產(chǎn)甲烷相甲烷產(chǎn)量影響程度統(tǒng)計(jì)學(xué)分析43-44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 第5章 廢鐵屑強(qiáng)化甲烷增產(chǎn)機(jī)理探究實(shí)驗(yàn)45-67
• 5.1 實(shí)驗(yàn)概述45
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方案45-47
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論47-64
• 5.3.1 廢鐵屑對VSS降解率的影響47-48
• 5.3.2 反應(yīng)體系ORP及VFA分析48-52
• 5.3.3 不同反應(yīng)器產(chǎn)氣量及組分分析52-55
• 5.3.4 鐵濃度及鐵腐蝕析氫量的確定55-57
• 5.3.5 微生物群落分析57-60
• 5.3.6 厭氧消化關(guān)鍵酶活性分析60-62
• 5.3.7 廢鐵屑促進(jìn)污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷各機(jī)理貢獻(xiàn)分析62-64
• 5.4 本章小結(jié)64-67
• 第6章 結(jié)論與建議67-69
• 6.1 結(jié)論67-68
• 6.2 建議68-69
• 參考文獻(xiàn)69-78
• 致謝78-79
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄79

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本文編號：1125249