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市政脱水污泥厌氧消化过程中产气规律研究

市政脱水污泥厌氧消化过程中产气规律研究

作者：陈德强西南石油大学

学位级别：硕士

随着污水处理能力的不断提高及污水处理厂数量不断增加,污泥产量也迅速增加。为了防止大量未经处理的污泥堆放和排放对环境造成新的污染,全球普遍采用厌氧消化的方式对污泥进行稳定化和资源化处理,不但可以保护环境,而且可以使污泥化害... 详细信息

随着污水处理能力的不断提高及污水处理厂数量不断增加,污泥产量也迅速增加。为了防止大量未经处理的污泥堆放和排放对环境造成新的污染,全球普遍采用厌氧消化的方式对污泥进行稳定化和资源化处理,不但可以保护环境,而且可以使污泥化害为利,实现循环利用。为了揭示不同因素对市政污泥厌氧消化过程的影响,为优化污泥消化工艺提供指导。本文通过不同含水率、不同菌剂添加量、不同微波预处理条件下污泥厌氧消化产气特征实验,研究了厌氧消化过程中产气速率、产甲烷速率、累积产甲烷量、VS降解率等的变化规律,并对其机理进行比较分析。主要研究结论为： (1)通过不同含水率(85%、87%、89%、91%、93%、95%)污泥厌氧消化产气特征实验结果表明：不同含水率污泥厌氧消化产气速率均呈下降,然后迅速增加,达到峰值并维持一段时间后急剧降低,并在60天污泥厌氧消化过程中至少能达到两次峰值的规律。气体成分中各成分变化规律基本一致,随含水率变化而几乎不发生变化。当含水率为93%,累积产甲烷量达到最大值222.8ml/g-VS,较含水率85%的污泥增加13.5%;污泥含水率为95%时,产甲烷速率较其他实验组大幅减少。当污泥含水率为93%时,VS降解率达到最大值,为47.41%。 (2)通过不同含水率污泥(87%、89%、91%、93%)、不同菌剂添加量(0、15、30ml/kg污泥)工况下的污泥厌氧消化产气特征实验发现,产气速率不随菌剂添加量的增加而发生变化,且都呈先降低,后急剧增加,再降低的规律,且60天厌氧消化过程中至少能达到两次峰值。当污泥含水率≤91%时,菌剂的添加促进产甲烷速率和累积产甲烷量的增加。当污泥含水率为91%,菌剂添加量为30ml/kg污泥时累积产甲烷量达到最大值34256ml/g-VS,较空白实验组210.08ml/g-VS曾加了63.06%,同时VS降解率也达到最大值51.46%。开展了不同菌剂添加量(0,30,50,70,90ml/kg污泥)对含水率91%污泥厌氧消化产气特征规律的影响的补充实验,得到如下结论：污泥厌氧消化30天甲烷量随着菌剂添加量的增加呈先增加后减少的规律,并在菌剂添加量70ml/kg污泥时达到最大值。 (3)同一功率的微波预处理污泥,SCOD含量随微波预处理时间增加而增加,且在微波功率1800W、预处理时间12min时达到最大值10750mg/L,溶解率达到12.05%,且污泥溶解率随微波比能量增加呈线性变化。微波预处理污泥后,pH随微波比能量的增加而增加,且随着微波功率的增加,pH的增加幅度更大。当微波功率为1800W、比能量为14400kJ/kg-TS时,累积产甲烷量达到最大值,为133.42ml/g-VS,较空白实验组108.35ml/g-VS增加了23.14%,且VS降解率达到最大值35.47%。 (4)通过一系列实验研究最终得到污泥厌氧消化的最佳含水率为91%、最佳菌剂添加量为70ml/kg污泥、最佳微波预处理功率1800W、最佳微波比能量14400kJ/kg-TS。以上结果为进一步实验研究及现场处理处置污泥、污泥厌氧消化研究提供了一定的实验基础。

关键词：市政脱水污泥厌氧消化含水率菌剂微波

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市政脱水污泥的间接干化动力学研究

环境保护科学 2017年第3期43卷 71-74页

作者：周跃男金宜英清华大学环境学院北京100084

以食用油为热介质,在不同油浴温度下,对市政脱水污泥进行间接干化试验,推导出间接干化动力学模型,并对收集的冷凝液进行水质分析。结果表明:冷凝液为高浓度有机废水,TOC占TC的比例为73.2010%~75.5983%;VFAs的主要组分是乙酸、丙酸、丁... 详细信息

以食用油为热介质,在不同油浴温度下,对市政脱水污泥进行间接干化试验,推导出间接干化动力学模型,并对收集的冷凝液进行水质分析。结果表明:冷凝液为高浓度有机废水,TOC占TC的比例为73.2010%~75.5983%;VFAs的主要组分是乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、异戊酸和正戊酸,其中异丁酸所占比例最高(45.597%),其次为丙酸(24.554%);通过动力学模型的参数估值,Z模型(n≠1)因高R^2值和低RSS值而能很好的预测间接干化过程。

关键词：市政脱水污泥间接干化动力学模型冷凝液参数估值预测

江苏省典型污水处理厂污泥资源化利用潜力评估

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江苏省典型污水处理厂污泥资源化利用潜力评估

作者：瞿林燕东南大学

学位级别：硕士

随着碳达峰及碳中和目标的推进,《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中提出了生态优先、绿色低碳的发展路径。健全资源循环利用体系及推进污水污泥资源化利用等政策的推行也意味着污泥行业将... 详细信息

随着碳达峰及碳中和目标的推进,《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中提出了生态优先、绿色低碳的发展路径。健全资源循环利用体系及推进污水污泥资源化利用等政策的推行也意味着污泥行业将迎来更加严格的监管,资源循环的价值链条亟待打通。今后的污泥处理和处置将进一步强调节能降耗和能源资源回收再利用,污泥资源化在未来污泥处理处置舞台上势必扮演着举足轻重的角色,而污泥热值作为评估污泥能源回收潜力的重要指标也不容忽视。目前针对江苏省整体污泥特性分析的研究较少,对其资源化利用的研究更是欠缺。充分了解污泥的理化性质并进行系统的基础调查对于评估污泥资源化利用的潜力至关重要,只有先从源头了解污泥才能准确地评估其能源回收潜力并为其找到适配的资源化利用方式。本研究旨在为江苏省未来污泥的资源化利用提供科学依据,并为建立相应的标准规范提供参考。本研究以江苏省内25个具有代表性的城市污水处理厂的脱水污泥为研究对象,对其基本特性及热解特性进行实验研究,并采用多变量分析的研究方法探讨影响污泥热值的定性因素。其次,构建基于热值经验预测模型及主成分分析-线性回归法的污泥热值预测线性模型,与基于BP神经网络法构建的污泥热值预测非线性模型进行对比分析。最后,基于污泥热解特性对污泥的能源回收潜力进行评估,并构建污泥资源化利用方式最佳决策的多因素组合数学(SWOT-FAHP)模型。通过实地污泥采样并对脱水污泥的基本特性和热解特性进行实验研究。对污泥的基本特性实验研究表明:68%的污泥样本p H值分布在6.5～8.5的适宜区间;87.5%的污泥样本含水率可以满足出厂污泥含水率低于80%的要求;污泥有机物含量范围为35.6%～73.4%,平均值为50.38%。对脱水污泥的热解特性实验研究表明:在工业分析方面,污泥的灰分含量范围为24.39%～61.95%,挥发分含量范围为29.38%～67.16%,固定碳含量范围为6.04%～9.50%;在元素分析方面,碳含量范围为35.41%～49.68%,氢含量范围为8.23%～11.57%,氧含量范围为25.53%～41.15%,氮含量范围为6.91%～13.35%,硫含量范围为0.37%～0.98%;在热值分析方面,干基高位热值处于5328～15069 k J/kg的范围,平均值为9883 k J/kg。基于2011年江苏省污泥处理处置现状调查污泥数据以及本研究采样污泥数据分析定性因素污水类型、絮凝剂种类、污泥脱水方式及排水体制对污泥热值的影响。研究表明,对于本研究所采污泥,污水类型和絮凝剂种类对热值的影响度较高,而对于2011年污泥样本,絮凝剂种类对污泥热值呈现显著的影响。依据影响因素对污泥进行重新分类并对其特性进行深度研究,结果表明,絮凝剂种类对含水率呈现显著影响,污水类型对有机物、挥发分、碳含量及热值均呈现显著影响。基于污泥的热解特性构建线性模型及非线性模型对污泥热值预测模型。研究表明,经过修正后的热值预测经验模型较过往经验模型在预测精度上得到明显提升,而基于主成分分析构建的线性模型较修正热值经验模型在预测精度进一步得到提升。最后,为比较线性模型与非线性模型对污泥热值预测的适配度,采用BP神经网络法建立非线性模型,结果表明模型具有良好的稳定性和学习效果。对比分析基于3种不同研究方法所构建预测模型的各项量化评估指标,应用BP神经网络法构建的预测模型具有更高的精度和准确性,表明应用非线性模型构建污泥热值模型具有更高的适配度。但不可否认的是,基于热值经验模型以及主成分分析构建的线性模型也具有一定程度的精度和适配性。基于污泥热解特性评估其能源回收潜力,厌氧消化的平均能源回收潜力约为1482 k Wh/t干污泥,焚烧的平均能源回收潜力约为549 k Wh/t干污泥。由于评估模型中污泥焚烧能源回收潜力与污泥热值呈正相关关系,推断污泥热值偏低是造成焚烧能源回收潜力偏低的主要原因之一,而污泥混合生物质协同资源化可以通过提高原料有机物含量和热值,具有提高污泥资源化利用能源转换效率,从而实现高效能源回收的可行性。通过建立SWOT-FAHP模型探讨江苏省污泥资源化利用的最佳决策。从经济、社会、环境、技术等角度出发建立了以问题解决、生态环境、技术发展及法律法规为评估标准的资源化利用方式评估模型。权重计算结果表明,4项标准权重依次递减为问题解决、生态环境、技术发展、法律法规,基于标准对资源化利用方式进行评估,得出4种方式权重依次递减为热解、厌氧消化、焚烧、气化,从而确定热解为目前江苏省污泥资源化利用的最佳方式。基于此总结提出污泥混合生物质协同热解碳化或厌氧消化有望成为未来江苏省污泥资源化利用方式的重要发展方向。

关键词：市政脱水污泥资源化利用热解特性热值预测能源潜力评估

市政污泥蚯蚓反应器堆肥减量效果及影响因子研究

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市政污泥蚯蚓反应器堆肥减量效果及影响因子研究

作者：胡修韧南京师范大学

学位级别：硕士

近年来,市政污泥年总产量逐年增大,且我国污泥处理率偏低,滞后的污泥处理处置带来的环境问题日益凸显。蚯蚓堆肥是一种新兴的经济且环保的污泥处置方法。以市政脱水污泥为研究对象,明确了使用新型蚯蚓反应器进行污泥蚯蚓堆肥的最佳参数... 详细信息

近年来,市政污泥年总产量逐年增大,且我国污泥处理率偏低,滞后的污泥处理处置带来的环境问题日益凸显。蚯蚓堆肥是一种新兴的经济且环保的污泥处置方法。以市政脱水污泥为研究对象,明确了使用新型蚯蚓反应器进行污泥蚯蚓堆肥的最佳参数条件及污泥减量化效果,阐明了污泥蚯蚓反应器堆肥减量化效果的关键影响因子,研发并建成了处理量为1 t/d的新型蚯蚓反应器中试设备。本文完成了如下几部分工作:(1)对污泥新型蚯蚓反应器堆肥最佳控制参数展开了研究,结果表明最佳条件参数为使用成熟蚯蚓粪配比污泥、蚯蚓粪添加比例为15%、初始污泥含水率为75%、污泥铺设厚度为6厘米;污泥蚯蚓堆肥后含水率降低6.1%,有机质降低21.7%;污泥质量削减率在27%上下,减重比最大值达32%;污泥体积削减率在28.2%上下,削减率最大值达35.2%,减量化效果明显。(2)蚯蚓堆肥过程中,污泥的pH、EC、GI和灰分含量呈上升趋势,腐殖化系数、TOC和C/N呈下降趋势。堆肥产物GI值和C/N比分别为86.42%和14.9,具有较好的腐熟度和稳定性。3D-EEM、TGA、SEM和生物学评价分析等相关研究表明,成熟蚯蚓粪的添加可以增加污泥孔洞与缝隙,增加污泥中的氧含量,提高蚯蚓和好氧微生物的活性,并能促进蚯蚓堆肥样品的矿化和腐殖化,进而加快了污泥中有机质的腐殖化和分解过程,提高蚯蚓堆肥的效率。(3)对污泥新型蚯蚓反应器堆肥中试实验设备的运行效果分析表明,设备连续运行效果稳定,污泥含水率可在20 h内降至72%以下,污泥有机物含量也显著降低;中试实验装置处理污泥成本为22.6元/吨,并可稳定产出经济价值较高的蚯蚓和蚯蚓粪产品,具有显著的经济效益。物料平衡分析表明堆肥过程中水分和有机物的损失是污泥质量减少的主要原因。(4)利用分子生物学方法系统地研究了系统中微生物群落结构和多样性,结果表明添加腐熟蚯蚓粪后,污泥中细菌和真菌的多样性增加,而细菌和真菌的丰度降低。蚯蚓堆肥后,污泥中细菌的丰度和多样性降低,真菌的多样性增加。污泥蚯蚓堆肥系统中的优势菌属为:Proteobacteria(30.11%-40.30%),Bacteroidetes(23.05%-2.94%),Chloroflexi(22.52%-0.28%),Saccharibacteria(4.53%-17.68%),Acidobacteria(12.07%-1.27%),Actinobacteria(0.82%-10.83%),Firmicutes(1.08%-3.89%)和Verrucomicrobia(0.90%-4.49%)。(5)利用相关性分析、主成分分析和Mental text分析探索了污泥蚯蚓堆肥减量效果关键影响因子,结果表明电导率、C/N、灰分、TOC和细菌群落的演替是影响污泥减量化效果的主要环境因子。此外,细菌群落的演替在污泥蚯蚓堆肥过程中有机质的减少方面的影响高于真菌群落。

关键词：市政脱水污泥蚯蚓堆肥蚯蚓粪微生物群落结构中试运行