污泥厌氧消化—微生物电解耦合工艺产甲烷效能分析

【摘要】：本课题以提高剩余污泥资源化利用，厌氧消化产甲烷效能的提高为目标。提出了在厌氧消化过程中，引入微生物电解池加快剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的进程，提高剩余污泥厌氧消化产甲烷的速率思路。建立剩余污泥厌氧消化与微生物电解耦合产甲烷的体系，构建AD-MEC耦合产甲烷工艺形式，并对反应器的启动与运行进行了初步的探讨。 剩余污泥污泥厌氧消化过程可以产生大量的挥发性脂肪酸，剩余污泥产酸发酵反应器利用碱处理后的二沉池污泥，取得了稳定的产酸效能，挥发酸浓度由811mgCOD/L达到了2811mgCOD/L，而且其中乙酸的含量逐渐升高。 以乙酸钠为底物对AD-MEC耦合产甲烷反应器进行启动，和对照组单独AD产甲烷反应器相比较。启动期稳定后耦合产甲烷的反应器利用乙酸钠为底物的产甲烷速率达到0.031m3CH4/m3d，而对照组速率0.016m3CH4/m3/d，微生物电解池辅助系统的加入对单纯AD产甲烷反应器的产甲烷效能有明显提高，约提高90%。以乙酸钠为底物对耦合反应器达到很好的启动效果，在十四周期左右耦合反应器产甲烷效能、对底物的利用均趋于稳定。 待反应器启动成功后，以剩余污泥厌氧发酵液作为复杂碳源，考察AD-MEC耦合产甲烷反应器的产甲烷效能。稳定后耦合反应器的产甲烷速率达到0.17m3CH4/m3d，对照组AD产甲烷反应器的产甲烷速率为0.064m3CH4/m3d左右，微生物电解池辅助系统的加入对单纯AD产甲烷反应器的产甲烷效能有明显提高，约提高3倍。剩余污泥中除了可以被产甲烷菌直接利用的乙酸外还有大量的多碳挥发性有机脂肪酸，这些多碳挥发性有机脂肪酸不能被产甲烷菌直接利用，需要在厌氧消化过程中先水解发酵生成乙酸，才能被产甲烷菌利用，因此厌氧消化过程较为复杂，酸类的不及时利用也是产甲烷速率低的原因。微生物电解池可以利用复杂的有机底物，在外电路的作用下使电子迅速传递。因此将微生物电化学系统引入到污泥厌氧消化过程中，微生物电解池利用剩余污泥中复杂的有机物，因此微生物电解系统辅助厌氧消化可以加快其产甲烷效能。 根据AD-MEC产甲烷反应的电子平衡的计算，耦合反应器的每日产甲烷量基本等于对照组反应器产甲烷的量与电子传递计算出的理论甲烷产量。这进一步验证了微生物电解池对厌氧消化产甲烷系统的辅助作用。 【关键词】：厌氧消化 微生物电解 产甲烷 污泥 耦合工艺
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景及目的意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 课题研究背景10
• 1.1.3 课题研究目的10-11
• 1.1.4 课题研究意义11
• 1.2 剩余污泥处理处置方法11-12
• 1.2.1 国外剩余污泥处理工艺及其应用情况11-12
• 1.2.2 剩余污泥产酸工艺研究现状12
• 1.3 MEC 技术研究现状12-15
• 1.3.1 MEC 基本原理与发展进程12-13
• 1.3.2 MEC 处理复有机质底物的工艺效能13-14
• 1.3.3 MEC 技术优势与发展潜能14-15
• 1.4 厌氧消化工艺应用现状与存在问题15
• 1.5 AD-MEC 耦合工艺研究现状15-17
• 1.5.1 耦合思想的理论基础15-16
• 1.5.2 耦合工艺研究进展16-17
• 1.6 研究内容及技术路线17-19
• 1.6.1 主要的研究内容17
• 1.6.2 技术路线17-19
• 第2章 材料与方法19-26
• 2.1 污泥来源与性质19
• 2.2 试验装置19-21
• 2.2.1 剩余污泥产酸发酵反应器19-20
• 2.2.2 AD-MEC 耦合产甲烷反应器20-21
• 2.3 试验方法21-22
• 2.3.1 剩余污泥厌氧产酸发酵反应器的运行操作21
• 2.3.2 AD-MEC 耦合产甲烷反应器的运行操作21-22
• 2.4 试验分析项目及其测定方法22-26
• 2.4.1 试验仪器22-23
• 2.4.2 气体含量的测定方法23
• 2.4.3 化学需氧量（CODCr）的测定方法23-24
• 2.4.4 发酵液挥发性脂肪酸的测定方法24
• 2.4.5 试验其他测定指标24
• 2.4.6 电化学指标测定24-26
• 第3章 AD-MEC 耦合工艺产甲烷效能分析26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 AD-MEC 耦合反应器产甲烷效能分析26-29
• 3.3 AD-MEC 耦合反应器底物转化规律29-32
• 3.4 AD-MEC 耦合反应器电流变化分析32-33
• 3.5 耦合工艺电子平衡分析33-34
• 3.6 本章小结34-36
• 第4章 AD-MEC 耦合工艺利用剩余污泥发酵液产甲烷效能研究36-53
• 4.1 引言36
• 4.2 剩余污泥产酸发酵反应器的运行效能研究36-45
• 4.2.1 污泥水解及碳源浓度变化规律36-40
• 4.2.2 挥发酸产量及其组成结构变化规律40-43
• 4.2.3 氮磷的释放规律43-44
• 4.2.4 剩余污泥发酵液性质44-45
• 4.3 发酵液为底物 AD-MEC 耦合产甲烷反应器运行效能分析45-52
• 4.3.1 产甲烷效能分析45-46
• 4.3.2 蛋白质碳水化合物的降解利用效果46-47
• 4.3.3 短链挥发酸降解利用效果47-49
• 4.3.4 耦合工艺对溶解性有机物利用情况49-50
• 4.3.5 耦合工艺电流变化分析50-51
• 4.3.6 电子平衡分析51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-58
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果58-60
• 致谢60

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