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

1、針對傳統(tǒng)污泥厭氧消化反應(yīng)速率慢、消化時間長、池體體積龐大、生物氣中甲烷含量低等問題，采用強化預(yù)處理的技術(shù)研究其對污泥厭氧消化的促進作用。本文分析比較了單獨超聲波、單獨堿解以及堿和超聲聯(lián)合應(yīng)用對污泥的破解效果；考察了污泥經(jīng)超聲波和堿聯(lián)合作用后對厭氧消化性能的影響，初步探討了污泥預(yù)處理對厭氧消化反應(yīng)的促進機理，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)過程的動力學(xué)方程。主要研究成果如下： 堿和超聲波的組合方式對污泥的破解效果

2、明顯優(yōu)于超聲波和堿的單獨處理，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，縮短超聲破解的時間。由SCOD隨破解時間的變化曲線可知，各種預(yù)處理方式對污泥的水解過程可以分為快速水解和慢速水解兩個階段。對快速水解階段進行動力學(xué)分析可知，堿和超聲波同時作用的預(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)堿和超聲波同時作用后進行厭氧消化，其生物氣產(chǎn)量、有機物去除率、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)的污泥停留時間由一般的20d縮短到8d。預(yù)處理污泥在停留時間為8d時，生物氣產(chǎn)量為控制組（污泥停留時間為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)處理污泥在停留時間為8d時，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％。對于原污泥的消化反應(yīng)，水解階段始終是整個厭氧消化過程的限速步驟：對于預(yù)處理污泥的消化反應(yīng)，當(dāng)污泥停留時間大于等于8d時，水解反應(yīng)是整個厭氧消化過程的限速步驟；當(dāng)污泥停留時間小于5d時，有機物的水解率和產(chǎn)酸率遠(yuǎn)大于其產(chǎn)甲烷率，因此，產(chǎn)甲烷反應(yīng)是整個厭氧消化的限速步驟。 通過對污泥上清液中有機物的成分

5、組成分析和消化系統(tǒng)中產(chǎn)甲烷活性的測定得到預(yù)處理促進污泥厭氧消化性能的機理為：堿和超聲的共同作用使污泥中的有機物能快速的由固相進入液相，污泥在破解預(yù)處理過程中的溶解速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其自溶速率，有機物的利用率較控制組得到顯著提高。與污泥中溶解性有機物的量相對應(yīng)，預(yù)處理污泥在消化反應(yīng)中生成的有機酸量較控制組也有顯著提高，并且當(dāng)污泥停留時間大于等于8d時，這些生成的有機酸能夠迅速被降解轉(zhuǎn)化。當(dāng)反應(yīng)器經(jīng)過預(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間下還可以保持較高的產(chǎn)甲烷活性。采用一級動力學(xué)方程對消化反應(yīng)中有機物的降解進行動力學(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計算），從而加快了有機物的降解速度，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)器厭氧消化動力學(xué)的四個基本參數(shù)為：YG=0.0726，b=0.0413d-1，