污泥濃縮消化一體化反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計與中試研究.pdf

1、隨著城市污水產(chǎn)生量的增長和處理率的提高，污水廠污泥伴生的環(huán)境問題日漸突出。論文在全面綜述國內(nèi)外污泥處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)污泥處理過程繁瑣、建設(shè)和運行成本高是造成污泥處理率低下的最主要原因，認為開發(fā)一種融合污泥濃縮、污泥消化于一體的簡易多功能污泥處理技術(shù)不僅可以簡化污泥處理流程，而且可以解決污泥處理成本高的技術(shù)難題。為了解決污泥濃縮消化一體化反應(yīng)技術(shù)工程應(yīng)用中存在的問題，論文在課題組前期小試研究成果的基礎(chǔ)上，以重慶市雞冠石污水廠為試驗現(xiàn)場

2、、對兩相一體式污泥濃縮消化反應(yīng)器(TISTD)進行了中試試驗研究。研究內(nèi)容包括：以TISTD小試反應(yīng)器為基礎(chǔ)，用計算流體動力學FLUENT軟件對TISTD小試反應(yīng)器進行流態(tài)分析和優(yōu)化研究；根據(jù)流態(tài)相似原理進行TISTD中試反應(yīng)器的設(shè)計和中試反應(yīng)器流態(tài)特性研究；最后以重慶市雞冠石污水廠二沉回流污泥為研究對象，按照中試規(guī)模對TISTD反應(yīng)器的運行效能和動力學特征進行了系統(tǒng)研究。取得的主要成果有：
　　 ①以計算流體動力學FLUENT

3、軟件為基礎(chǔ)，建立了TISTD反應(yīng)器的物理模型；建立了對反應(yīng)器進泥管、出水管、排泥管、內(nèi)循環(huán)管、沼氣循環(huán)管等構(gòu)件進行網(wǎng)格加密、對近壁面進行網(wǎng)格細化的TISTD反應(yīng)器四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分模式；確定了TISTD反應(yīng)器的計算流體力學數(shù)學模型，建立了與TISTD反應(yīng)器匹配的計算流體力學邊界條件和初始條件，為反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。
　　 ②采用計算流體動力學FLUENT軟件對TISTD小試裝置的流場進行了模擬和優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)TIST

4、D反應(yīng)器小試裝置存在外反應(yīng)室進泥短流及內(nèi)反應(yīng)室循環(huán)不均勻等流態(tài)問題。論文針對TISTD反應(yīng)器流態(tài)問題，提出了如下改進建議：改變進泥管的位置、在內(nèi)外反應(yīng)室隔板上部開設(shè)連通孔、調(diào)整上下連通孔的尺寸、將內(nèi)循環(huán)管調(diào)整成為一個整體、調(diào)整內(nèi)循環(huán)管出口高度、調(diào)整內(nèi)循環(huán)管尺寸等?；趯崿F(xiàn)較為理想流態(tài)需要對反應(yīng)器多部位進行調(diào)整的具體情況，論文還采用5因素4水平的L16(45)正交試驗方法、以計算流體動力學參數(shù)即流速方差加權(quán)平均值、總動能和平均湍流強度作為

5、考核指標探尋了反應(yīng)器各構(gòu)件的最佳組合方式，為反應(yīng)器中試裝置的設(shè)計提供了依據(jù)。
　　 ③論文根據(jù)流態(tài)模擬及優(yōu)化結(jié)果進行了TISTD反應(yīng)器中試裝置的設(shè)計；并根據(jù)中試試驗基地的情況，建立了TISTD中試試驗系統(tǒng)。針對中試裝置采用沼氣回流攪拌方式的特點，重點研究了氣體回流量對TISTD反應(yīng)器內(nèi)、外反應(yīng)室流態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)：沼氣氣體回流量從0L·min-1增加到12L·min-1的過程中，反應(yīng)器的流態(tài)從偏向活塞流到偏向混合流發(fā)展；當氣體回流

6、為12L·min-1時，完全混合流態(tài)勢最強；研究進一步發(fā)現(xiàn)泵入進樣方式賦予了進泥一個不可忽略的初始速度，將對外反應(yīng)室流態(tài)產(chǎn)生沖擊，不利于污泥的濃縮；但是，泵回流污泥卻有利于提高內(nèi)反應(yīng)室污泥的混合流態(tài)。
　　 ④采用逐漸培養(yǎng)法成功啟動了TISTD中試反應(yīng)器。啟動試驗結(jié)果表明，在35±2℃、投配率為10％的條件下，經(jīng)過大約55天的啟動運行，TISTD中試反應(yīng)器內(nèi)各項指標趨于穩(wěn)定。啟動運行期間未出現(xiàn)酸化現(xiàn)象。論文在分析厭氧體系中污泥基

7、質(zhì)降解進程時發(fā)現(xiàn)，在剩余污泥的兩相厭氧消化中，污泥基質(zhì)釋放的NH3對維持反應(yīng)器pH、堿度以及反應(yīng)器的穩(wěn)定運行具有重要意義。
　　 ⑤論文進一步研究了TISTD中試反應(yīng)器的處理效能。發(fā)現(xiàn)在污泥投配率為24％、溫度33～35℃時，污泥的產(chǎn)氣率最高，可以達到340L/KgVSS，產(chǎn)氣中CH4含量大于60％。經(jīng)過TISTD中試反應(yīng)器處理的污泥VS/TS下降了22％左右，處理后污泥的有機質(zhì)含量極低，約21％，含水率約90％，污泥體積僅為原

8、污泥1/10，污泥的濃縮消化效果明顯。
　　 ⑥論文初步研究了反應(yīng)器溫度對污泥處理效能的影響。結(jié)果表明，當溫度維持在33～35℃時，反應(yīng)器運行良好，產(chǎn)氣量約300L/d；當反應(yīng)器溫度下降到32℃，產(chǎn)氣量開始有明顯下降，降幅達1/3；當反應(yīng)器內(nèi)溫度下降到30℃，產(chǎn)氣量急劇下降，降幅超過2/3；一旦反應(yīng)器溫度低于28℃后，產(chǎn)氣過程基本停止。論文還對反應(yīng)器的運行能耗進行了分析，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器耗能與生污泥溫度直接相關(guān)，當生污泥溫度高于25℃

9、時，能耗約15Kwh/m3左右；當生污泥溫度低于18℃時，能耗將超過40Kwh/m3。
　　 ⑦論文最后對TISTD反應(yīng)器有機物去除動力學進行了分析?；诿?門公式，采用試驗數(shù)據(jù)求定了中試反應(yīng)器有機物的降解動力學參數(shù)Ks、Vmax。通過對不同投配率下有機物降解速率與產(chǎn)甲烷速率關(guān)系的研究，得到TISTD反應(yīng)器的甲烷產(chǎn)率系數(shù)y＝0.3614mL/mg，該值與理論值0.35mL/mg接近，說明該研究得到的中試裝置設(shè)計合理，運行狀態(tài)良好