【摘要】：污泥是污水處理過程必須要解決的環(huán)境問題。厭氧消化是一種具有廣闊應(yīng)用前景的污泥處理技術(shù),轉(zhuǎn)化污泥中的有機(jī)質(zhì),產(chǎn)生生物質(zhì)能。值得注意的是,高含固污泥(含固率,TS≥10%)厭氧消化技術(shù)具備以下優(yōu)勢:提高污泥處理負(fù)荷,減小基礎(chǔ)建設(shè)的占地面積,降低維護(hù)成本等。但是受高黏度物料的限制,高含固厭氧消化面臨物質(zhì)交換困難等問題,攪拌能有效地改善高含固厭氧消化性能,因此,攪拌對于高含固厭氧消化技術(shù)的規(guī)�；瘧�(yīng)用的意義重大。本文通過不同攪拌條件下的高含固污泥厭氧消化實(shí)驗(yàn)和計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamic,CFD)模擬,探究攪拌對高含固污泥厭氧消化性能及流態(tài)的影響,結(jié)合能量衡算,探究高含固污泥厭氧消化技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性,主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下:1.采用序批-低負(fù)荷半連續(xù)-高負(fù)荷半連續(xù)的運(yùn)行方式啟動(dòng)高含固污泥厭氧消化反應(yīng)器,探究高含固污泥厭氧消化的產(chǎn)氣性能、穩(wěn)定性能、攪拌功率等變化規(guī)律,實(shí)現(xiàn)高含固污泥厭氧消化反應(yīng)器的啟動(dòng)與穩(wěn)定運(yùn)行,為高含固污泥厭氧消化反應(yīng)器的啟動(dòng)策略提供指導(dǎo)。結(jié)果表明,從序批運(yùn)行到低負(fù)荷半連續(xù)運(yùn)行,再到高負(fù)荷半連續(xù)運(yùn)行,高含固污泥厭氧消化系統(tǒng)快速實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)高負(fù)荷半連續(xù)運(yùn)行階段達(dá)到穩(wěn)定時(shí),高含固污泥的平均容積沼氣產(chǎn)率為0.3592±0.011 m~3/(m~3·d),甲烷含量穩(wěn)定在60.14±2.45%,污泥有機(jī)質(zhì)降解率達(dá)22.05±0.52%,污泥體積平均徑、面積平均徑和中位徑分別降低為原污泥的78.43%、74.08%和70.52%;消化系統(tǒng)pH值穩(wěn)定在7.5~7.8,揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)、氨氮和游離氨濃度均低于抑制水平;厭氧消化剩余能量達(dá)2.61 MJ/(m~3·d)。高含固污泥厭氧消化產(chǎn)氣性能和穩(wěn)定性能良好,并且獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。2.通過在不同攪拌強(qiáng)度(2 h/d-50 rpm、2 h/d-25 rpm、2 h/d-10 rpm、6 h/d-50 rpm、6 h/d-25 rpm和6 h/d-10 rpm)下的高含固污泥厭氧消化實(shí)驗(yàn),探究雙折葉槳攪拌對產(chǎn)氣性能和穩(wěn)定性能的影響,并結(jié)合CFD對反應(yīng)器流場進(jìn)行模擬,實(shí)現(xiàn)雙折葉槳混合效果的可視化。在雙折葉槳厭氧消化反應(yīng)器中,攪拌強(qiáng)度增加有利于污泥厭氧消化產(chǎn)氣性能,而且攪拌轉(zhuǎn)速比攪拌時(shí)間對厭氧消化產(chǎn)氣性能的影響更大。在6 h/d-50 rpm的攪拌條件下,沼氣產(chǎn)率最高(188.29±23.28 mL/gVS_(added))。2 h/d-25 rpm的實(shí)驗(yàn)條件是最經(jīng)濟(jì)的攪拌策略,獲得的剩余能量達(dá)7.25 MJ/(m~3·d)。雙折葉槳反應(yīng)器的pH值穩(wěn)定在7.4~7.8,氨氮濃度最高達(dá)1431.89 mg/L,游離氨濃度最高達(dá)84.53 mg/L,均低于抑制濃度。CFD模擬結(jié)果表明,隨著雙折葉槳攪拌轉(zhuǎn)速的增加,反應(yīng)器內(nèi)高速度區(qū)域的范圍擴(kuò)大和污泥的表觀黏度降低,這與高含固污泥厭氧消化產(chǎn)氣性能的提高是正相關(guān)的。3.探究螺帶槳反應(yīng)器的攪拌轉(zhuǎn)速(10、25和50 rpm)對高含固污泥厭氧消化性能和污泥流動(dòng)形態(tài)的影響。結(jié)果表明,在螺帶槳反應(yīng)器中,增加攪拌轉(zhuǎn)速改善了高含固污泥厭氧消化產(chǎn)氣效果。在10、25和50 rpm三個(gè)攪拌轉(zhuǎn)速下,高含固污泥厭氧消化的沼氣產(chǎn)率分別為243.59±42.11、314.18±34.53和340.38±15.09 mL/gVS_(added),甲烷含量始終保持在61.55±1.47%。污泥pH值維持在7.51~8.10,氨氮和游離氨濃度隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加,氨氮濃度最高達(dá)2286.79 mg/L,游離氨濃度最高達(dá)282.01 mg/L,但并未抑制厭氧消化反應(yīng)的進(jìn)行。CFD模擬結(jié)果表明,螺帶槳攪拌轉(zhuǎn)速的增加改善污泥速度場分布,降低污泥的表觀黏度,提高了高含固污泥厭氧消化產(chǎn)氣性能。4.通過雙折葉槳與螺帶槳的攪拌性能及其對高含固厭氧消化性能的影響的比較發(fā)現(xiàn),相同攪拌轉(zhuǎn)速時(shí)螺帶槳的攪拌功率高于雙折葉槳的攪拌功率,但螺帶槳的混合時(shí)間少于雙折葉槳的混合時(shí)間。從混合效果和能量效率的角度來說,螺帶槳更適用于高黏度的高含固污泥厭氧消化體系。微生物的相對豐度結(jié)果表明,雙折葉槳和螺帶槳反應(yīng)器中Methanosarcina的相對豐度均隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增加而增加;Methanosaeta在低轉(zhuǎn)速下相對豐度增加,但在較高的攪拌轉(zhuǎn)速下相對豐度減少。總的來說,高剪切速率的分布利于Methanosarcina的生長繁殖,但不利于Methanosaeta的生長產(chǎn)生。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703
【圖文】：

圖 1-2 有機(jī)物厭氧消化模式示意圖Fig. 1-2 Anaerobic digestion mode of organic matters厭氧消化是由混菌共同完成的，涉及的生化過程比較復(fù)雜，因此，厭氧消化影響因眾多。溫度、pH 值、抑制因子（揮發(fā)性脂肪酸、氨氮、游離氨等）、污泥停留時(shí)間

圖 1-3 高含固污泥厭氧消化技術(shù)路線Fig. 1-3 Technology route of high-solid sludge anaerobic digestion

-1 臥式厭氧消化反應(yīng)器示意圖，(a) 正視圖，(b) 左視圖。反應(yīng)器包括罐體（1）；透明蓋板口（3）；出氣口（4）；出料口（5）；濕式氣體流量計(jì)（6）；支架（7）；電機(jī)（8）；槳（9）；數(shù)字傳感扭矩儀（10）；水浴夾套（11）；. 2-1 Schematic diagram of high-solid anaerobic digestion reactor, (a) front view and (b) left viewizontal reactor includes feed inlet (1), transparent cover (2), motor (3), digital sensing torque met

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2780180