污泥厌氧消化对脱水性能的影响及污泥预处理技术研究

论文摘要

污泥产量大且含有大量有毒有害物质限制了污泥的处理处置。厌氧消化是一种有效的污泥稳定化的方法,但厌氧消化能耗很大。污泥中的重金属元素是制约污泥土地利用的主要因素。因此本课题研究不同投配率对中温厌氧消化反应器运行的影响,并探讨了厌氧消化对污泥中重金属和脱水性能的影响,同时考察了不同因素对污泥预处理的影响,旨在寻求适合我国的有效的污泥处理处置工艺。采用半连续流污泥中温厌氧消化反应器,每天按不同污泥投配率加泥和排泥。研究结果表明,5%投配率下污泥厌氧消化反应器对COD的平均去除率最大,其值为43.52%,且5%投配率下单位污泥日产气量最大,其值为2.104 mL/mL污泥。采用重金属的五步提取法分析污泥中的重金属形态,测定污泥的比阻及胞外聚合物含量评价污泥的脱水性能,对未消化污泥及不同投配率下厌氧消化污泥进行了研究。厌氧消化过程提高了污泥中的重金属的稳定性。厌氧消化后,污泥比阻增大,而且污泥中胞外聚合物的含量降低,污泥脱水性能下降,且投配率越低脱水性能下降越厉害。加PAM调理后,5%、7%、9%投配率厌氧消化污泥的比阻从4.11×1013m/kg、6.58×1013m/kg、7.60×1013m/kg下降到了5.1×1012m/kg、5.7×1012m/kg、9.1×1012 m/kg,脱水性能得到明显的改善。采用单独超声、单独加碱及超声和碱联合对污泥进行破解,研究破解前后污泥中SCOD、温度、pH及碱度的变化。单独超声处理,SCOD增加值随超声作用时间、声能密度增加而增加。在声能密度为2 W/mL、作用时间为30 min时,SCOD增加值达到最大值11683 mg/L。单独碱处理,SCOD增加值随pH、作用时间增加而增加。在pH为12、作用时间为24 h时,SCOD增加值达到最大值7223 mg/L。超声和碱耦合处理,SCOD增加值随pH、作用时间增加而增加。在pH为12,超声时间为30 min,SCOD增加值达到最大值16730 mg/L。超声和碱联合处理效果明显优于单独的超声破解和碱破解,且污泥温度随破解时间的延长而明显提高,这有利于后续污泥厌氧消化。5%投配率下厌氧消化反应器运行效果最佳,厌氧消化对污泥中重金属具有一定的稳定作用,超声和碱联合预处理对污泥中SCOD的溶出作用明显,这些成果可为污泥处理处置工艺的选择提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 剩余污泥厌氧消化技术
• 1.2.1 剩余污泥的产生
• 1.2.2 剩余污泥的特性
• 1.2.3 厌氧消化机理
• 1.3 重金属形态分析技术
• 1.3.1 重金属形态分析的概念及意义
• 1.3.2 重金属形态分析国内外研究现状及进展
• 1.4 污泥脱水技术国内外研究现状及进展
• 1.4.1 污泥调理
• 1.4.2 污泥化学组成对污泥脱水性能的影响
• 1.5 超声波预处理技术
• 1.5.1 超声波定义
• 1.5.2 超声空化产生的原理
• 1.5.3 超声波预处理影响因素
• 1.5.4 污泥超声研究国内外现状及进展
• 1.6 课题来源、研究内容、目的及意义
• 1.6.1 课题来源
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 研究目的及意义
• 第2章 实验材料和方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验装置与设备
• 2.2.1 污泥厌氧消化装置
• 2.2.2 污泥比阻测定装置
• 2.2.3 污泥超声破解装置
• 2.2.4 主要实验仪器与设备
• 2.3 实验分析及计算方法
• 2.3.1 实验分析方法
• 2.3.2 重金属测定方法
• 2.3.3 比阻测定方法
• 2.3.4 EPS测定方法
• 第3章 不同投配率下厌氧消化池运行效果
• 3.1 实验启动
• 3.1.1 实验启动方式
• 3.1.2 启动阶段运行效果
• 3.2 不同投配率对反应器的各性能指标的影响
• 3.2.1 反应器运行工况
• 3.2.2 不同投配率对有机物去除的影响
• 3.2.3 不同投配率对产气量及气体组分的影响
• 3.2.4 不同投配率对pH值的影响
• 3.2.5 不同投配率对碱度的影响
• 3.2.6 不同投配率对VFA的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 污泥厌氧消化对重金属和脱水性能的影响
• 4.1 不同投配率对污泥中重金属总量及形态分布的影响
• 4.1.1 不同投配率厌氧消化污泥中重金属总含量
• 4.1.2 不同投配率厌氧消化污泥中重金属形态分布
• 4.2 厌氧消化对污泥脱水性能的影响
• 4.2.1 污泥调理
• 4.2.2 厌氧消化对污泥比阻的影响
• 4.2.3 厌氧消化对污泥中胞外聚合物的含量的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 污泥厌氧消化预处理
• 5.1 超声破解污泥的预处理效果
• 5.1.1 超声声能密度及作用时间对SCOD的增加值的影响
• 5.1.2 超声声能密度及作用时间对SCOD溶出率的影响
• 5.1.3 超声声能密度及作用时间对pH的影响
• 5.1.4 超声声能密度及作用时间对碱度的影响
• 5.1.5 超声声能密度及作用时间对温度的影响
• 5.1.6 比耗能与SCOD的关系
• 5.2 碱破解污泥的预处理效果
• 5.2.1 碱投加量及作用时间对SCOD增加值的影响
• 5.2.2 碱投加量及作用时间对SCOD溶出率的影响
• 5.2.3 碱投加量及作用时间对pH的影响
• 5.2.4 碱投加量及作用时间对碱度的影响
• 5.3 超声和碱联合破解污泥的预处理效果
• 5.3.1 碱投加量及超声作用时间对SCOD增加值的影响
• 5.3.2 碱投加量及超声作用时间对SCOD溶出率的影响
• 5.3.3 碱投加量及超声作用时间对pH的影响
• 5.3.4 碱投加量及超声作用时间对碱度的影响
• 5.3.5 碱投加量及超声作用时间对温度的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢