污泥厌氧消化工艺运行分析与强化产沼气生产性试验研究

【摘要】：厌氧消化工艺具有污泥减量化、资源化、稳定化的作用,是污泥处理处置的关键技术。目前,我国污水处理厂厌氧消化工艺的产气率较低,稳定运行的工程经验欠缺。因此,开展污水处理厂厌氧消化工艺提高产气效率的研究十分必要。本论文首先进行了文献综述,介绍了厌氧消化工艺原理和国内外技术发展现状。然后以小红门污水处理厂的污泥厌氧消化系统为例,详细分析了2011~2012年间污泥厌氧消化工艺运行的问题与不足。结果表明,2012年的厌氧消化进泥量、进泥性质、运行温度比2011年均波动小,厌氧系统运行更加稳定。2012年的年均有机物分解率为57.1%,比2011年高7.9%,分解单位挥发性固体(VS)产气率达到0.56 m3/kgVS,比2011年提高了69.7%。在对上述工艺分析诊断的基础上,论文采用了独立样本t检验考察了小红门污水处理厂污泥厌氧消化工艺影响因素的变化,并采用冗余分析确定产气率的主要影响因素。2012年运行数据分析表明:影响厌氧消化系统产气效率的主要因素是进泥泥质特征(特别是VFA含量及初沉污泥浓度)和消化池温度。因此,通过调控初沉池改善泥质、提高厌氧消化池反应温度是强化厌氧产沼气的重要方法。为了提高厌氧消化工艺的产沼气效率,论文通过小试实验研究了升高厌氧消化温度和对剩余污泥热水解处理后的产气率。通过比较不同反应温度(35℃、40℃),发现40℃有利于提升初沉污泥的沼气产量及甲烷浓度,有机物降解效率更高。剩余污泥热水解的序批试验结果表明,高温热水解可以显著提升剩余污泥的产甲烷潜势,从而提高系统的效能。上述结论与Bio WIN工艺模型模拟的结果一致。在工艺分析和小试研究的基础上,开展了厌氧消化运行调控的生产性实验。2013年,通过延长初沉池污泥停留时间促使污泥水解酸化产生VFA,并提高厌氧消化系统温度到40℃。结果发现:经过调整后初沉污泥停留时间,消化进泥VFA提高了24%,2013年升温期间分解单位VS产气率为1.06m3/kgVS,是2012年的1.89倍,并提高了污水厂的经济收益,比2012年增收59.65万元。本文采用工艺分析、小型试验、工艺模拟和生产性试验的系统方法,研究了强化厌氧消化产气的措施和工艺条件,结果可供污水处理厂运行人员借鉴和参考。 【关键词】：污泥厌氧消化 反应温度 热水解 工艺优化
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703;S216.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 厌氧消化概述10-14
• 1.2.1 污泥厌氧消化类型10-12
• 1.2.2 污泥厌氧消化的影响因素12-14
• 1.3 污泥厌氧消化的优化方法14-18
• 1.3.1 热水解预处理14-15
• 1.3.2 超声预处理15
• 1.3.3 微波预处理15-16
• 1.3.4 不同预处理对比分析16-18
• 1.4 厌氧消化工艺在国内外的应用18-22
• 1.4.1 国外应用18-19
• 1.4.2 国内应用19
• 1.4.3 小红门污水处理厂案例19-22
• 1.5 研究意义、内容与技术路线22-24
• 1.5.1 研究目的和意义22
• 1.5.2 研究内容22-23
• 1.5.3 技术路线23-24
• 第2章 材料与方法24-31
• 2.1 实验材料24
• 2.1.1 厌氧消化实验污泥24
• 2.1.2 热水解实验污泥24
• 2.2 实验装置24-27
• 2.2.1 厌氧消化装置24-25
• 2.2.2 污泥热水解实验装置25-26
• 2.2.3 产甲烷潜势分析26-27
• 2.3 分析方法27
• 2.3.1 常规监测指标与方法27
• 2.3.2 气相色谱分析条件27
• 2.4 数据分析27-28
• 2.4.1 统计检验与分析27-28
• 2.4.2 数据统计表达28
• 2.5 工艺模型与模拟28-29
• 2.6 生产性试验29-31
• 第3章 厌氧消化工艺的过程分析31-52
• 3.1 厌氧消化工艺的运行条件31-39
• 3.1.1 工艺运行概况31-32
• 3.1.2 污泥含水率32-33
• 3.1.3 进泥TS浓度33-34
• 3.1.4 进泥有机份34-35
• 3.1.5 系统p H值35-36
• 3.1.6 VFA与碱度36-39
• 3.2 厌氧消化工艺的运行效果39-45
• 3.2.1 日处理量39-40
• 3.2.2 消化池温度40-41
• 3.2.3 有机物分解率41-43
• 3.2.4 产气率43-45
• 3.3 工艺故障分析与对策45-50
• 3.3.1 温度异常45-48
• 3.3.2 p H值异常48-50
• 3.4 厌氧产气率的影响因素分析50-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 厌氧消化工艺优化的实验研究52-60
• 4.1 升高温度对厌氧消化效果的影响52-54
• 4.1.1 小试实验产气情况52-54
• 4.1.2 有机物及氮、磷行为54
• 4.2 污泥热水解对厌氧消化效果的小试研究54-57
• 4.2.1 热水解对污泥水解特性影响54-56
• 4.2.2 热水解对污泥产甲烷潜势影响56-57
• 4.3 工艺模型与模拟分析57-59
• 4.3.1 初沉污泥的厌氧消化模拟57-58
• 4.3.2 剩余污泥的厌氧消化工艺58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 厌氧消化工艺优化的生产性试验研究60-72
• 5.1 厌氧消化工艺升温的实验条件60-66
• 5.1.1 工艺温度60-61
• 5.1.2 日处理量61-62
• 5.1.3 进泥有机份62-63
• 5.1.4 VFA和碱度63-65
• 5.1.5 污泥含水率65-66
• 5.2 厌氧消化工艺升温的实验效果66-69
• 5.2.1 有机物分解率66
• 5.2.2 产气率变化66-69
• 5.2.3 消化污泥的脱水性能69
• 5.3 工艺运行的影响因素分析69-70
• 5.4 经济对比分析70-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第6章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 建议与展望73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79-81
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果81

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