【摘要】：隨著城市污水產(chǎn)生量的增長和處理率的提高,污水廠污泥伴生的環(huán)境問題日漸突出。論文在全面綜述國內(nèi)外污泥處理技術(shù)的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)污泥處理過程繁瑣、建設(shè)和運(yùn)行成本高是造成污泥處理率低下的最主要原因,認(rèn)為開發(fā)一種融合污泥濃縮、污泥消化于一體的簡易多功能污泥處理技術(shù)不僅可以簡化污泥處理流程,而且可以解決污泥處理成本高的技術(shù)難題。為了解決污泥濃縮消化一體化反應(yīng)技術(shù)工程應(yīng)用中存在的問題,論文在課題組前期小試研究成果的基礎(chǔ)上,以重慶市雞冠石污水廠為試驗(yàn)現(xiàn)場、對兩相一體式污泥濃縮消化反應(yīng)器(TISTD)進(jìn)行了中試試驗(yàn)研究。研究內(nèi)容包括:以TISTD小試反應(yīng)器為基礎(chǔ),用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)FLUENT軟件對TISTD小試反應(yīng)器進(jìn)行流態(tài)分析和優(yōu)化研究;根據(jù)流態(tài)相似原理進(jìn)行TISTD中試反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和中試反應(yīng)器流態(tài)特性研究;最后以重慶市雞冠石污水廠二沉回流污泥為研究對象,按照中試規(guī)模對TISTD反應(yīng)器的運(yùn)行效能和動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究。取得的主要成果有: ①以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)FLUENT軟件為基礎(chǔ),建立了TISTD反應(yīng)器的物理模型;建立了對反應(yīng)器進(jìn)泥管、出水管、排泥管、內(nèi)循環(huán)管、沼氣循環(huán)管等構(gòu)件進(jìn)行網(wǎng)格加密、對近壁面進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化的TISTD反應(yīng)器四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分模式;確定了TISTD反應(yīng)器的計(jì)算流體力學(xué)數(shù)學(xué)模型,建立了與TISTD反應(yīng)器匹配的計(jì)算流體力學(xué)邊界條件和初始條件,為反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。 ②采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)FLUENT軟件對TISTD小試裝置的流場進(jìn)行了模擬和優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)TISTD反應(yīng)器小試裝置存在外反應(yīng)室進(jìn)泥短流及內(nèi)反應(yīng)室循環(huán)不均勻等流態(tài)問題。論文針對TISTD反應(yīng)器流態(tài)問題,提出了如下改進(jìn)建議:改變進(jìn)泥管的位置、在內(nèi)外反應(yīng)室隔板上部開設(shè)連通孔、調(diào)整上下連通孔的尺寸、將內(nèi)循環(huán)管調(diào)整成為一個(gè)整體、調(diào)整內(nèi)循環(huán)管出口高度、調(diào)整內(nèi)循環(huán)管尺寸等。基于實(shí)現(xiàn)較為理想流態(tài)需要對反應(yīng)器多部位進(jìn)行調(diào)整的具體情況,論文還采用5因素4水平的L1 6( 45)正交試驗(yàn)方法、以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)即流速方差加權(quán)平均值、總動(dòng)能和平均湍流強(qiáng)度作為考核指標(biāo)探尋了反應(yīng)器各構(gòu)件的最佳組合方式,為反應(yīng)器中試裝置的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。 ③論文根據(jù)流態(tài)模擬及優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了TISTD反應(yīng)器中試裝置的設(shè)計(jì);并根據(jù)中試試驗(yàn)基地的情況,建立了TISTD中試試驗(yàn)系統(tǒng)。針對中試裝置采用沼氣回流攪拌方式的特點(diǎn),重點(diǎn)研究了氣體回流量對TISTD反應(yīng)器內(nèi)、外反應(yīng)室流態(tài)的影響,發(fā)現(xiàn):沼氣氣體回流量從0 L·min-1增加到12 L·min-1的過程中,反應(yīng)器的流態(tài)從偏向活塞流到偏向混合流發(fā)展;當(dāng)氣體回流為12 L·min-1時(shí),完全混合流態(tài)勢最強(qiáng);研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)泵入進(jìn)樣方式賦予了進(jìn)泥一個(gè)不可忽略的初始速度,將對外反應(yīng)室流態(tài)產(chǎn)生沖擊,不利于污泥的濃縮;但是,泵回流污泥卻有利于提高內(nèi)反應(yīng)室污泥的混合流態(tài)。 ④采用逐漸培養(yǎng)法成功啟動(dòng)了TISTD中試反應(yīng)器。啟動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果表明,在35±2℃、投配率為10%的條件下,經(jīng)過大約55天的啟動(dòng)運(yùn)行,TISTD中試反應(yīng)器內(nèi)各項(xiàng)指標(biāo)趨于穩(wěn)定。啟動(dòng)運(yùn)行期間未出現(xiàn)酸化現(xiàn)象。論文在分析厭氧體系中污泥基質(zhì)降解進(jìn)程時(shí)發(fā)現(xiàn),在剩余污泥的兩相厭氧消化中,污泥基質(zhì)釋放的NH3對維持反應(yīng)器pH、堿度以及反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。 ⑤論文進(jìn)一步研究了TISTD中試反應(yīng)器的處理效能。發(fā)現(xiàn)在污泥投配率為24%、溫度33~35℃時(shí),污泥的產(chǎn)氣率最高,可以達(dá)到340L/KgVSS,產(chǎn)氣中CH4含量大于60%。經(jīng)過TISTD中試反應(yīng)器處理的污泥VS/TS下降了22%左右,處理后污泥的有機(jī)質(zhì)含量極低,約21%,含水率約90%,污泥體積僅為原污泥1/10,污泥的濃縮消化效果明顯。 ⑥論文初步研究了反應(yīng)器溫度對污泥處理效能的影響。結(jié)果表明,當(dāng)溫度維持在33~35℃時(shí),反應(yīng)器運(yùn)行良好,產(chǎn)氣量約300L/d;當(dāng)反應(yīng)器溫度下降到32℃,產(chǎn)氣量開始有明顯下降,降幅達(dá)1/3;當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溫度下降到30℃,產(chǎn)氣量急劇下降,降幅超過2/3;一旦反應(yīng)器溫度低于28℃后,產(chǎn)氣過程基本停止。論文還對反應(yīng)器的運(yùn)行能耗進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器耗能與生污泥溫度直接相關(guān),當(dāng)生污泥溫度高于25℃時(shí),能耗約15 Kwh/m3左右;當(dāng)生污泥溫度低于18℃時(shí),能耗將超過40 Kwh/m3。 ⑦論文最后對TISTD反應(yīng)器有機(jī)物去除動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。基于米-門公式,采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)求定了中試反應(yīng)器有機(jī)物的降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)K s、νmax。通過對不同投配率下有機(jī)物降解速率與產(chǎn)甲烷速率關(guān)系的研究,得到TISTD反應(yīng)器的甲烷產(chǎn)率系數(shù)y=0.3614mL/mg,該值與理論值0.35 mL/mg接近,說明該研究得到的中試裝置設(shè)計(jì)合理,運(yùn)行狀態(tài)良好。 研究成果為TISTD反應(yīng)器的工程設(shè)計(jì)、啟動(dòng)和運(yùn)行提供了較系統(tǒng)的理論和技術(shù)支撐,對推動(dòng)污泥濃縮消化一體化反應(yīng)技術(shù)工程化應(yīng)用具有重要意義。
【圖文】：

一種污泥消化技術(shù)。顧名思義，兩級厭氧消化法就是將厭氧消化池設(shè)計(jì)成兩座，這兩座消化池構(gòu)造相同（體積可以不同）。但是，第一座消化池有加溫、攪拌與收集沼氣的裝置；第二座消化池構(gòu)造不設(shè)置加溫和攪拌設(shè)備，而是利用來自第一座消化池污泥的余熱繼續(xù)消化，它的主要功能是濃縮與排除上清液。因此，和傳統(tǒng)的厭氧消化法相比，二級厭氧消化法能耗低，有利于上清液的排放，獲得的污泥含水率較低，便于后續(xù)處理。a. 傳統(tǒng)的厭氧消化工藝b.兩級厭氧消化法

TISTD反應(yīng)器網(wǎng)格劃分示意圖
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：X703

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 唐川東;濃縮消化一體化反應(yīng)器處理低有機(jī)質(zhì)污泥的中試研究[D];重慶大學(xué);2010年

2 楊超;TISTD反應(yīng)器處理污泥生產(chǎn)性設(shè)備試驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2012年

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本文編號：2687440