穩(wěn)定化處理是污泥減量化、無害化的一個重要手段，也是污泥處理與處置的重要環(huán)節(jié)之一。污泥穩(wěn)定化處理方法包括物理、化學及生物法，生物法由于運行成本低、安全可靠而被廣泛采用。污泥自熱高溫好氧消化（ATAD）工藝屬好氧消化范疇，具有污泥停留時間短、病原菌滅活效率高等優(yōu)勢。該工藝較好克服了傳統(tǒng)生物穩(wěn)定法污泥停留時間長、設施占地面積大等不足，因而自上世紀九十年代開始在歐洲、北美等城市污泥穩(wěn)定化處理工藝中得到較快的應用與推廣。目前，我國在ATAD工藝穩(wěn)定化處理污泥方面研究較少，也無應用實例。 借鑒ATAD工藝已有研究基礎，本課題組開發(fā)了一套新型的單段式污泥高溫（微）好氧（ATMAD）消化裝置，該裝置在滿足污泥穩(wěn)定化處理效果的同時，具有結(jié)構簡單、占地面積小等優(yōu)勢，其有效性已初步得到試驗證明，但相關的污泥穩(wěn)定化機理亟待深入研究。本論文從物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、嗜熱微生物種群多樣性、有機物降解動力學等方面闡述了單段式ATMAD工藝的污泥穩(wěn)定化過程與機理，并通過中試運行過程考察了ATMAD工藝的污泥穩(wěn)定化效果、建立了消化體系的熱平衡方程。 單段式ATMAD工藝批式運行結(jié)果表明：穩(wěn)定化處理污泥時，進料污泥固體物（TS...

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【學位級別】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 污泥好氧消化
        1.1.1 污泥好氧消化概述
        1.1.2 傳統(tǒng)污泥好氧消化效能
            1.1.2.1 VS去除率
            1.1.2.2 pH值變化
            1.1.2.3 耗氧速率與脫氫酶活性
            1.1.2.4 消化污泥的沉降性能與脫水性能
        1.1.3 污泥好氧消化技術的發(fā)展
            1.1.3.1 傳統(tǒng)好氧消化
            1.1.3.2 缺氧/好氧消化
            1.1.3.3 高溫好氧消化
        1.1.4 污泥好氧消化的穩(wěn)定化評價指標
    1.2 污泥自熱高溫好氧消化(ATAD)
        1.2.1 污泥自熱高溫好氧消化概述
        1.2.2 ATAD工藝參數(shù)與消化性能
            1.2.2.1 曝氣量對消化過程的影響
            1.2.2.2 溫度對消化性能的影響
            1.2.2.3 消化過程pH值變化
            1.2.2.4 污泥停留時間/水力停留時間
            1.2.2.5 消化污泥的脫水性能
        1.2.3 ATAD工藝的發(fā)展
            1.2.3.1 常規(guī)ATAD消化工藝
            1.2.3.2 VERTADTM－ATAD消化工藝
            1.2.3.3 高溫好氧/中溫厭氧消化工藝
            1.2.3.4 單段式ATAD消化工藝
    1.3 污泥高溫好氧消化過程的物質(zhì)轉(zhuǎn)化
        1.3.1 碳的轉(zhuǎn)化
        1.3.2 氮的轉(zhuǎn)化
        1.3.3 磷的釋放
    1.4 污泥高溫好氧消化過程微生物作用機理
        1.4.1 污泥高溫好氧消化體系的生物多樣性
        1.4.2 酶活性對高溫好氧消化過程的影響
    1.5 課題研究意義及主要內(nèi)容
        1.5.1 課題研究的目的與意義
        1.5.2 課題研究的主要內(nèi)容
        1.5.3 研究技術路線
        1.5.4 研究的創(chuàng)新性
第二章 單段式自熱高溫(微)好氧消化(ATMAD)工藝的污泥穩(wěn)定化效果及影響因素研究
    2.1 試驗材料與方法
        2.1.1 污泥來源及預處理
        2.1.2 試驗裝置
        2.1.3 分析方法
            2.1.3.1 VFA測定
            2.1.3.2 病原菌測定
            2.1.3.3 蛋白質(zhì)含量的測定
            2.1.3.4 多糖的測定
            2.1.3.5 其他測試項目與方法
    2.2 試驗方案與設計
        2.2.1 曝氣強度對污泥穩(wěn)定化過程的影響
            2.2.1.1 批式試驗的設計與啟動
            2.2.1.2 分析測試指標及方法
        2.2.2 污泥濃度對穩(wěn)定化過程的影響
            2.2.2.1 批式試驗的設計與啟動
            2.2.2.2 分析測試指標及方法
        2.2.3 污泥類型對穩(wěn)定化過程的影響
            2.2.3.1 批式試驗的設計與啟動
            2.2.3.2 分析測試指標及方法
        2.2.4 消化溫度對穩(wěn)定化過程的影響
            2.2.4.1 批式試驗的設計與啟動
            2.2.4.2 分析測試指標及方法
        2.2.5 ATMAD消化工藝穩(wěn)定化處理污泥的半間歇式運行
            2.2.5.1 半間歇式運行的設計與啟動
            2.2.5.2 分析測試指標及方法
            2.2.5.3 半間歇式運行條件下VS去除率的計算
    2.3 試驗結(jié)果與討論
        2.3.1 曝氣強度對污泥穩(wěn)定化過程的影響
            2.3.1.1 VS去除率
            2.3.1.2 pH與ORP
            2.3.1.3 消化過程碳、氮、磷的變化
            2.3.1.4 消化污泥的脫水性能
        2.3.2 污泥濃度對穩(wěn)定化過程的影響
            2.3.2.1 VS去除率
            2.3.2.2 pH與ORP
            2.3.2.3 消化過程碳、氮、磷的變化
            2.3.2.4 消化污泥的脫水性能
        2.3.3 污泥類型對穩(wěn)定化過程的影響
            2.3.3.1 VS去除率
            2.3.3.2 pH與ORP
            2.3.3.3 消化過程碳、氮、磷的變化
            2.3.3.4 消化污泥的脫水性能
        2.3.4 消化溫度對污泥穩(wěn)定化過程的影響
            2.3.4.1 溫度對穩(wěn)定化效果的影響
            2.3.4.2 消化過程碳的變化
            2.3.4.3 消化過程氮的變化
            2.3.4.4 消化過程磷的變化
            2.3.4.5 消化體系中SO4
2+濃度變化
            2.3.4.6 消化污泥的脫水性能
            2.3.4.7 消化污泥FT－IR分析
        2.3.5 污泥ATMAD消化工藝的半間歇式運行
            2.3.5.1 HRT對污泥穩(wěn)定化效果的影響
            2.3.5.2 消化體系pH與ORP變化
            2.3.5.3 消化過程碳的變化
            2.3.5.4 消化過程氮的變化
            2.3.5.5 消化過程磷的變化
            2.3.5.6 消化污泥的脫水性能
    2.4 本章小結(jié)
第三章 單段式ATMAD消化體系有機組分代謝規(guī)律
    3.1 試驗方案的設計
        3.1.1 批式(間歇式)試驗
        3.1.2 半間歇式消化試驗
        3.1.3 分析測試方法
    3.2 污泥穩(wěn)定化效果
        3.2.1 批式運行過程的污泥消化效果
        3.2.2 半間歇式操作條件下污泥消化效果
    3.3 消化過程VFA組分及濃度變化
        3.3.1 批式消化條件下VFA組分及濃度變化
        3.3.2 半間歇式操作條件下VFA組分及濃度變化
    3.4 有機組分的代謝過程與途徑
        3.4.1 生化代謝模型的建立與VFA組分變化規(guī)律
        3.4.2 VFA代謝過程對消化體系ORP的影響
    3.5 本章小結(jié)
第四章 單段式ATMAD消化體系有機物降解動力學
    4.1 好氧消化過程有機物降解動力學概述
        4.1.1 影響有機物降解速率的因素
        4.1.2 動力學分析的評價指標
    4.2 單段式ATMAD工藝有機物降解動力學試驗方案
        4.2.1 試驗過程與設計
        4.2.2 反應動力學公式的建立
    4.3 反應動力學參數(shù)的確定
        4.3.1 消化溫度對有機物降解動力學的影響
        4.3.2 污泥濃度對有機物降解動力學的影響
        4.3.3 污泥有機組分比率對有機物降解動力學的影響
        4.3.4 動力學參數(shù)的檢驗
    4.4 本章小結(jié)
第五章 嗜熱微生物的分離、純化及其對污泥穩(wěn)定化過程的生物強化作用
    5.1 試驗方案的設計
        5.1.1 嗜熱微生物的分離與純化
        5.1.2 生物強化試驗的啟動
        5.1.3 化學分析與測試
        5.1.4 分子生物學試驗
            5.1.4.1 污泥樣品基因組的提取
            5.1.4.2 污泥樣品總DNA的PCR擴增
            5.1.4.3 變性梯度凝膠電泳(DGGE)
            5.1.4.4 割膠回收與核酸序列分析
    5.2 嗜熱微生物的分離與鑒定結(jié)果
    5.3 生物強化處理過程與效果
        5.3.1 VS去除率
        5.3.2 消化體系中碳與氮的變化
        5.3.3 pH與ORP變化
    5.4 生物強化處理過程的微生物區(qū)系變化
        5.4.1 DGGE圖譜及分析
        5.4.2 污泥消化體系的微生物種群結(jié)構分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 污泥單段式ATMAD消化工藝中試效果及體系熱平衡
    6.1 中試工藝的設計與啟動
        6.1.1 中試裝置的設計
        6.1.2 中試系統(tǒng)運行方式
            6.1.2.1 批式消化試驗的啟動
            6.1.2.2 半間歇式運行過程的啟動
        6.1.3 分析測試方法
    6.2 中試系統(tǒng)的批式運行過程
        6.2.1 批式運行過程的污泥穩(wěn)定化效果
        6.2.2 消化體系pH與ORP變化
        6.2.3 消化體系中氮的變化
        6.2.4 消化體系中碳的變化
        6.2.5 消化體系中磷的釋放
        6.2.6 消化污泥脫水性能
        6.2.7 消化污泥物理形態(tài)的變化
    6.3 中試系統(tǒng)的半間歇式運行過程
        6.3.1 VS去除率與反應器溫度
        6.3.2 pH與ORP變化
        6.3.3 消化體系中碳、氮、磷的變化
        6.3.4 氧利用率
    6.4 消化體系熱平衡分析
        6.4.1 污泥熱值分析
        6.4.2 消化體系熱平衡方程
        6.4.3 中試裝置熱平衡計算
    6.5 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
參考文獻
附錄 主要名稱及縮寫
攻讀博士學位期間的科研成果
致謝



本文編號：3867732

boshi