ABR產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷耦合工藝水力特性及運(yùn)行效能研究.pdf

1、有機(jī)廢水生物產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷技術(shù)以其能源回收率高、穩(wěn)定性好、可實(shí)現(xiàn)廢水資源化等優(yōu)勢,成為解決當(dāng)前能源需求與環(huán)境問題的重要途徑之一。有機(jī)廢水生物產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵在于如何提高系統(tǒng)產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷能力,降低生產(chǎn)成本。ABR反應(yīng)器結(jié)合了有機(jī)廢水厭氧發(fā)酵理論與分階段多相厭氧生物處理思想,用于生物產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷具有顯著優(yōu)勢。目前,利用ABR反應(yīng)器進(jìn)行產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷的研究報道較少,開展ABR反應(yīng)器水力特性及運(yùn)行效能研究,以獲得較高的微生物持有量和

2、能源回收率,對于產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷耦合工藝的推廣具有重要意義。
　　本文采用改進(jìn)型ABR反應(yīng)器進(jìn)行產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷耦合工藝的研究,探討了反應(yīng)器內(nèi)部的流動特性,考察了產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷耦合工藝的啟動特性,并進(jìn)一步研究了有機(jī)負(fù)荷對產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷耦合工藝運(yùn)行效能的影響。通過分子生物學(xué)的方法,初步解析了ABR反應(yīng)器不同格室微生物群落結(jié)構(gòu)的演替規(guī)律。
　　ABR反應(yīng)器內(nèi)的流體力學(xué)特性直接影響到生物量和微生物與基質(zhì)的混合程度,影響反應(yīng)器的運(yùn)行效能。針對傳

3、統(tǒng)ABR反應(yīng)器布水不均、污泥截留能力較弱等缺點(diǎn),通過增加擋板和改進(jìn)布水區(qū)對其進(jìn)行改良,并采用FLUENT軟件對改進(jìn)型ABR反應(yīng)器單格室進(jìn)行泥水兩相數(shù)值模擬,結(jié)果表明當(dāng)廢水以0.12m/h的上升流速流經(jīng)反應(yīng)器,格室內(nèi)增加擋板使反應(yīng)器內(nèi)返混效果明顯增強(qiáng),具有更高的污泥截留能力,可保持較高的微生物持有量。在反應(yīng)器高度0.13～0.20m范圍內(nèi),改進(jìn)型ABR反應(yīng)器的污泥相體積分率高于傳統(tǒng)型ABR,0.25～0.29m范圍內(nèi),改進(jìn)型ABR反應(yīng)器污

4、泥相體積分率明顯低于傳統(tǒng)型ABR,其它范圍內(nèi)二者基本相同。
　　以糖蜜廢水為底物研究改進(jìn)型ABR反應(yīng)器的啟動策略,在HRT為28h,溫度(35±1)℃條件下,容積負(fù)荷從初始1.71kgCOD/(m3·d)提高到5.13kgCOD/(m3·d),ABR產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷耦合工藝可在85d內(nèi)完成啟動,COD去除率穩(wěn)定在77.6％左右,氣體產(chǎn)量達(dá)134.74L/d。產(chǎn)氫段COD去除率保持在24%左右;出水pH值為4.7～5.0,液相末端產(chǎn)物中

5、乙酸和丁酸分別為521.52mg/L、517.34mg/L,占總量的65.72%,呈丁酸型發(fā)酵;氣體產(chǎn)量平均為0.449m3/(m3·d),氫氣含量為34.6%。產(chǎn)甲烷段COD去除率穩(wěn)定在50%～55%,出水pH值約為7.0,氣體產(chǎn)量平均為2.4m3/(m3·d),甲烷含量為58.3%。
　　進(jìn)一步研究ABR產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷耦合工藝的運(yùn)行特性。研究發(fā)現(xiàn),進(jìn)水COD濃度為7000～10000mg/L,HRT從32h縮短到20h,COD去

6、除率穩(wěn)定在81%～85%,出水pH、VFAs濃度變化不大。進(jìn)水濃度為7000mg/L,HRT為24h時反應(yīng)器污泥濃度達(dá)到最大,系統(tǒng)能源回收率最高,產(chǎn)氫段、產(chǎn)甲烷段和系統(tǒng)能源回收效率分別為3.24%、76.9%及80.14%。
　　采用PCR-DGGE技術(shù)對系統(tǒng)內(nèi)微生物種類及沿程變化規(guī)律進(jìn)行分析。結(jié)果表明:ABR反應(yīng)器具有很好的相分離效果,各格室內(nèi)形成了各自的優(yōu)勢菌群。產(chǎn)氫段優(yōu)勢種群為:Pseudomonassp.和Clostrid