堿和超聲波預(yù)處理技術(shù)促進(jìn)污泥厭氧消化效能及機(jī)理研究.pdf

1、針對(duì)傳統(tǒng)污泥厭氧消化反應(yīng)速率慢、消化時(shí)間長(zhǎng)、池體體積龐大、生物氣中甲烷含量低等問(wèn)題，采用強(qiáng)化預(yù)處理的技術(shù)研究其對(duì)污泥厭氧消化的促進(jìn)作用。本文分析比較了單獨(dú)超聲波、單獨(dú)堿解以及堿和超聲聯(lián)合應(yīng)用對(duì)污泥的破解效果；考察了污泥經(jīng)超聲波和堿聯(lián)合作用后對(duì)厭氧消化性能的影響，初步探討了污泥預(yù)處理對(duì)厭氧消化反應(yīng)的促進(jìn)機(jī)理，并在莫諾方程的基礎(chǔ)上，建立了預(yù)處理污泥厭氧消化反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)方程。主要研究成果如下： 堿和超聲波的組合方式對(duì)污泥的破解效果

2、明顯優(yōu)于超聲波和堿的單獨(dú)處理，其不但可以提高污泥的水解速率，而且可以減少堿的投加量，縮短超聲破解的時(shí)間。由SCOD隨破解時(shí)間的變化曲線(xiàn)可知，各種預(yù)處理方式對(duì)污泥的水解過(guò)程可以分為快速水解和慢速水解兩個(gè)階段。對(duì)快速水解階段進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析可知，堿和超聲波同時(shí)作用的預(yù)處理方式獲得的水解速率最高，為130.3 mg SCOD/（L·min）。 污泥經(jīng)堿和超聲波同時(shí)作用后進(jìn)行厭氧消化，其生物氣產(chǎn)量、有機(jī)物去除率、固體削減率均較控制組有顯著

3、提高，并且在維持同樣的污泥產(chǎn)氣率和有機(jī)物去除率的條件下，堿和超聲波的預(yù)處理作用可使厭氧消化反應(yīng)的污泥停留時(shí)間由一般的20d縮短到8d。預(yù)處理污泥在停留時(shí)間為8d時(shí)，生物氣產(chǎn)量為控制組（污泥停留時(shí)間為20d）的2.6倍，VS和TCOD的去除率也分別較控制組（20d）提高了22.87％和14.38％。 對(duì)預(yù)處理污泥在厭氧消化中的水解率、產(chǎn)酸率和產(chǎn)甲烷率進(jìn)行研究得到：與控制組相比，堿和超聲預(yù)處理可以提高污泥厭氧消化的水解率、產(chǎn)酸率和產(chǎn)

4、甲烷率。預(yù)處理污泥在停留時(shí)間為8d時(shí)，其水解率、產(chǎn)酸率和產(chǎn)甲烷率分別較控制組（20d）提高了82.38％、76.47％和86.54％。對(duì)于原污泥的消化反應(yīng)，水解階段始終是整個(gè)厭氧消化過(guò)程的限速步驟：對(duì)于預(yù)處理污泥的消化反應(yīng)，當(dāng)污泥停留時(shí)間大于等于8d時(shí)，水解反應(yīng)是整個(gè)厭氧消化過(guò)程的限速步驟；當(dāng)污泥停留時(shí)間小于5d時(shí)，有機(jī)物的水解率和產(chǎn)酸率遠(yuǎn)大于其產(chǎn)甲烷率，因此，產(chǎn)甲烷反應(yīng)是整個(gè)厭氧消化的限速步驟。 通過(guò)對(duì)污泥上清液中有機(jī)物的成分

5、組成分析和消化系統(tǒng)中產(chǎn)甲烷活性的測(cè)定得到預(yù)處理促進(jìn)污泥厭氧消化性能的機(jī)理為：堿和超聲的共同作用使污泥中的有機(jī)物能快速的由固相進(jìn)入液相，污泥在破解預(yù)處理過(guò)程中的溶解速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其自溶速率，有機(jī)物的利用率較控制組得到顯著提高。與污泥中溶解性有機(jī)物的量相對(duì)應(yīng)，預(yù)處理污泥在消化反應(yīng)中生成的有機(jī)酸量較控制組也有顯著提高，并且當(dāng)污泥停留時(shí)間大于等于8d時(shí)，這些生成的有機(jī)酸能夠迅速被降解轉(zhuǎn)化。當(dāng)反應(yīng)器經(jīng)過(guò)預(yù)處理的污泥培養(yǎng)馴化后，其消化污泥的產(chǎn)甲烷活性

6、較控制組有顯著提高，并且在較短的污泥停留時(shí)間下還可以保持較高的產(chǎn)甲烷活性。采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)消化反應(yīng)中有機(jī)物的降解進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析可知，堿和超聲波預(yù)處理可使反應(yīng)的K值提高89.58％（以TCOD計(jì)算），從而加快了有機(jī)物的降解速度，使污泥厭氧消化的性能得到提高。 在莫諾方程的基礎(chǔ)上，結(jié)合微生物增殖和底物降解的規(guī)律，根據(jù)微生物和底物的物料衡算方程，得出反應(yīng)器厭氧消化動(dòng)力學(xué)的四個(gè)基本參數(shù)為：YG=0.0726，b=0.0413d-1，