堿和超聲波預處理技術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，采用強化預處理的技術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，初步探討了污泥預處理對厭氧消化反應的促進機理，并在莫諾方程的基礎上，建立了預處理污泥厭氧消化反應過程的動力學方程。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分析可知，堿和超聲波同時作用的預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，堿和超聲波的預處理作用可使厭氧消化反應的污泥停留時間由一般的20d縮短到8d。預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，水解階段始終是整個厭氧消化過程的限速步驟：對于預處理污泥的消化反應，當污泥停留時間大于等于8d時，水解反應是整個厭氧消化過程的限速步驟；當污泥停留時間小于5d時，有機物的水解率和產(chǎn)酸率遠大于其產(chǎn)甲烷率，因此，產(chǎn)甲烷反應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，污泥在破解預處理過程中的溶解速率遠遠高于其自溶速率，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，預處理污泥在消化反應中生成的有機酸量較控制組也有顯著提高，并且當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。當反應器經(jīng)過預處理的污泥培養(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。采用一級動力學方程對消化反應中有機物的降解進行動力學分析可知，堿和超聲波預處理可使反應的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。 在莫諾方程的基礎上，結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，得出反應器厭氧消化動力學的四個基本參數(shù)為：YG=0.0726，b=0.0413d-1，