【摘要】：厭氧消化工藝在處理剩余污泥時(shí)由于同時(shí)具有資源化、穩(wěn)定化和無害化的優(yōu)點(diǎn),長期以來一直在剩余污泥處理中扮演著重要角色。然而在實(shí)際應(yīng)用中,厭氧消化工藝也存在著對(duì)有機(jī)物處理效率低和處理速度慢等問題。本研究采用微波結(jié)合堿解預(yù)處理技術(shù)通過破壞剩余污泥(Waste Activated Sludge,WAS)絮體結(jié)構(gòu)和菌體細(xì)胞壁而提高WAS中有機(jī)物的溶解性和可生化性,從而改善WAS厭氧消化性能。研究具體分為以下三個(gè)部分,即微波結(jié)合堿解預(yù)處理試驗(yàn)、靜態(tài)高溫和中溫厭氧消化試驗(yàn)——生物化學(xué)甲烷勢(shì)(Biochemical Methane Potential,BMP)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)高溫和中溫厭氧消化試驗(yàn)。 首先,在微波結(jié)合堿解預(yù)處理試驗(yàn)中利用均勻設(shè)計(jì)法得到的數(shù)據(jù)分別建立了以WAS中的COD、SS和VSS溶解率為目標(biāo),以微波加熱溫度、加熱時(shí)間和氫氧化鈉投加量為影響因素的回歸方程。在本試驗(yàn)邊界條件下,該回歸方程預(yù)測(cè)在加熱溫度=210℃,加熱時(shí)間=35min,加堿量=0.2 g-NaOH/g-SS時(shí),WAS最大VSS溶解率可達(dá)85%,且與試驗(yàn)結(jié)果能很好吻合。 其次,采用BMP試驗(yàn)研究了12種預(yù)處理對(duì)WAS靜態(tài)高溫和中溫厭氧消化過程中的甲烷累計(jì)產(chǎn)量、沼氣累計(jì)產(chǎn)量、相對(duì)甲烷累計(jì)產(chǎn)量和甲烷產(chǎn)生速率的影響。利用修正的Gompertz方程求解得到的動(dòng)力學(xué)參數(shù)表明:經(jīng)過預(yù)處理后WAS的甲烷累計(jì)產(chǎn)量勢(shì)(P)和最大甲烷產(chǎn)生速率(R)均高于對(duì)照。在高溫BMP試驗(yàn)中其P和R的峰值分別為333 mL-CH4@STP·g-1-VS投入(mL-CH4 @STP·g-1-VS投入指在BMP試驗(yàn)中投入1g VS的甲烷累計(jì)產(chǎn)量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的毫升數(shù),其中@代表at,STP(Standard Temperature and Pressure)代表標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0℃和101.325 kPa))和73 mL-CH4@STP·g-1-VS投入·d-(1mL-CH4@STP·g-1-VS投入·d-1指在BMP試驗(yàn)中每天每投入1g VS的甲烷累計(jì)產(chǎn)量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的毫升數(shù)),分別比對(duì)照提高41%和28%。在中溫BMP試驗(yàn)中其P和R的峰值分別為426 mL-CH4 @STP·g-1-VS投入和56 mL-CH4@STP·g-1-VS投入·d-1,分別比對(duì)照提高64%和75%。經(jīng)綜合考慮后確定最佳預(yù)處理?xiàng)l件為加熱溫度=170℃,加熱時(shí)間=1 min,加堿量=0.05 g-NaOH/g-SS。 最后,分別以WAS和未經(jīng)中和處理的微波結(jié)合堿解預(yù)處理WAS為基質(zhì)(預(yù)處理?xiàng)l件為:加熱溫度=170℃,加熱時(shí)間=1 min,加堿量=0.05 g-NaOH/g-SS),研究了在水力停留時(shí)間為30 d的工況下,完全混合型的高溫和中溫厭氧消化反應(yīng)器的厭氧消化性能及其消化污泥的脫水性能,并采用16S rDNA(ribosomal Deoxyribonucleic Acid,核糖體脫氧核糖核酸)克隆分析技術(shù)分別對(duì)高溫和中溫厭氧消化污泥進(jìn)行了微生物解析。研究表明:WAS經(jīng)微波結(jié)合堿解預(yù)處理后與對(duì)照相比,高溫和中溫厭氧消化工藝對(duì)WAS中的VS、總化學(xué)需氧量、總碳水化合物和總蛋白質(zhì)的去除率均有不同程度的提高。其中高溫和中溫厭氧消化工藝對(duì)VS的去除率分別相對(duì)提高27%和21%,高溫和中溫厭氧消化污泥中的溶解性COD濃度分別相對(duì)提高51%和71%,高溫和中溫厭氧消化工藝甲烷產(chǎn)率(L-CH4 @STP /g-COD投入)分別相對(duì)提高13%和14%,高溫和中溫厭氧消化工藝所產(chǎn)沼氣中甲烷的百分含量相對(duì)提高8%。16S rDNA克隆分析技術(shù)對(duì)高溫和中溫厭氧消化污泥中微生物種群結(jié)構(gòu)的分析表明:高溫和中溫厭氧消化污泥的微生物多樣性指數(shù)分別為53.2和138.0,即中溫厭氧消化污泥的微生物多樣性大于高溫厭氧消化污泥的微生物多樣性。高溫和中溫厭氧消化污泥脫水試驗(yàn)表明:WAS經(jīng)微波結(jié)合堿解預(yù)處理后再經(jīng)厭氧消化處理將使得高溫和中溫厭氧消化污泥的脫水性能下降。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：X703

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