改良ISTD反应器处理污水厂污泥的试验研究

论文摘要

随着我国污水处理厂的大规模建设,对污水处理厂要求越来越高,不仅大中城市,小城市及城镇也开始污水处理设施的建设。原来污水处理厂的设计和建设阶段大多只是考虑了污泥的外运,但在污水厂实际运行中,污泥处置(如外运)成为了棘手的问题,甚至造成很多不规则随便乱倒的现象。基于此现状,本研究尝试将高速厌氧反应器应用于污泥处理的试验研究,开发了污泥同时浓缩与消化——改良ISTD反应器,使之适合我国国情,具有效能高、投资省、管理方便、便于推广使用的特点。本文主要研究了改良ISTD反应器的水力学特性、中温下的处理效能和影响因素、生物相分析以及反应动力学关系式的推导等。水力流态试验表明,本反应器液龄分布函数均呈波峰左偏的正态分布形态,推流所占的体积比例大于完全混合所占的体积比例,无因次方差0<σθ2<1,偏向于0,Peclet准数为3～9,反应器流态更接近于推流。反应器随搅拌速度的增加更趋于完全混合流态,随进水量的增加更趋于推流流态。本试验在重庆市唐家桥污水厂进行,采用接种培养法,低负荷启动(投配率10%)的方式进行反应器的启动,在35℃左右经过30d启动完成。在中温条件下(35℃左右),搅拌次数4次/d(40r/min和30min/次),COD容积负荷为0.39~1.87kgCOD/m3?d进行了改良ISTD反应器处理污泥的效能试验,结果表明当进泥含水率在99.70%左右,VS/TS在0.52~0.65,SS在2.53~4.65g/L时,其排泥含水率为89.77%~97.31%,VS/TS为0.23~0.48,出水SS在130~1245mg/L,产气量为8.2~51.0L/d,污泥比阻为1.72~2.87×1014m/kg,MLSS为25.5~61.2g/L,出水的COD为159~938mg/L。其中当HRT为3.1~5d,容积负荷为0.65~1.31KgCOD/m3?d时,反应器排泥含水率在91.91%~94.46%,含水率较低,浓缩效果良好,排泥VS/TS在0.27~0.32,有机物去除率为46.39%~56.88%,有机物去除率较高,排泥效果较好,为反应器的较佳运行工况。反应器内部的pH值为6.6~7.0,碱度为700~1200mg/L,VFA为200~450mg/L,除碱度稍微偏小外其余两个指标基本上都在厌氧消化需要控制的范围之内,表明反应器具有抵抗冲击负荷的能力,能够满足厌氧消化的需要。由厌氧污泥的电镜扫描照片可以观察到甲酸甲烷杆菌、索氏甲烷丝菌、巴式八叠球菌等,其中丝状菌和杆菌居多,也散布着一些球菌,这些菌种基本上包括了所有的基本细菌形态,反映了厌氧污泥微生物生态系统组构和功能较为稳定。本文还对改良ISTD反应器的污泥床区和悬浮层区动力学模型进行了研究,确定了反应器中有机底物浓度、微生物浓度、产甲烷量的动力学关系式及相关的动力学常数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 国外污泥问题的现状
• 1.1.2 国内污泥问题的现状
• 1.1.3 国内外污泥的主要处理方法
• 1.2 污泥消化处理工艺
• 1.2.1 污泥消化处理工艺的发展
• 1.2.2 污泥消化处理工艺的比较
• 1.3 厌氧消化的基本原理
• 1.3.1 三阶段理论
• 1.3.2 四菌群理论
• 1.3.3 不产甲烷菌与产甲烷菌微生物之间的关系
• 1.4 课题的提出、研究内容及方法
• 1.4.1 课题研究的提出
• 1.4.2 课题研究的内容
• 1.4.3 课题研究的方法
• 2 反应器设计与试验设计
• 2.1 反应器设计
• 2.1.1 反应器设计思路
• 2.1.2 反应器设计原理
• 2.1.3 反应器构造及主要设计参数
• 2.2 试验设计
• 2.2.1 试验场地及进泥指标
• 2.2.2 试验流程
• 2.2.3 试验内容及试验安排
• 2.2.4 试验测试项目及分析方法
• 2.2.5 试验主要仪器设备
• 3 反应器流态试验研究
• 3.1 流态模型介绍
• 3.1.1 理想流态模型
• 3.1.2 实际流态模型
• 3.2 流态试验方法
• 3.3 流态试验结果及分析
• 3.3.1 液龄分布函数
• 3.3.2 液龄分布函数的统计学参数
• 3.3.3 流态模拟模型参数
• 3.4 小结
• 4 反应器的运行效能研究
• 4.1 反应器的启动
• 4.1.1 反应器启动方式的选择
• 4.1.2 反应器的启动
• 4.1.3 反应器启动结果及分析
• 4.2 反应器运行及结果
• 4.2.1 容积负荷
• 4.2.2 含水率
• 4.2.3 VS/TS
• 4.2.4 出水SS
• 4.2.5 产气量
• 4.2.6 污泥比阻
• 4.2.7 其他指标
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 HRT 对处理效能的影响
• 4.3.2 容积负荷对处理效能的影响
• 4.3.3 温度对处理效能的影响
• 4.3.4 pH 值、碱度、VFA 对处理效能的影响
• 4.3.5 搅拌对处理效能的影响
• 4.4 反应器中的生物相分析
• 4.4.1 厌氧生物处理过程中的微生物
• 4.4.2 反应器生物相分析
• 4.5 小结
• 5 反应器动力学模型研究
• 5.1 底物降解动力学模型简介
• 5.2 反应器有机物降解动力学模型
• 5.2.1 模型的建立
• 5.2.2 模型参数的确定
• 5.2.3 模型参数的求解及验证
• 5.3 小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 存在的问题及建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录