城市污泥水熱碳化產(chǎn)物的厭氧消化特性研究.pdf

1、隨著我國污泥產(chǎn)量的增加和環(huán)境問題的日益嚴峻，傳統(tǒng)污泥處理技術(shù)早已不能滿足要求。近年來，在熱化學(xué)處理方法中水熱碳化處理技術(shù)因其處理周期短、轉(zhuǎn)化效率高等特點受到越來越多的關(guān)注。而在水熱碳化處理獲得良好固體材料的同時，液體產(chǎn)物的處理問題同樣不容忽視。厭氧消化技術(shù)無疑是解決這一問題的優(yōu)選途徑。但是不同溫度的水熱產(chǎn)物其厭氧性能差別很大，因此有必要研究污泥水熱產(chǎn)物的厭氧消化性能，以揭示污泥高溫水熱產(chǎn)物對厭氧消化的抑制機理，并得出減輕抑制作用的途徑，

2、為實現(xiàn)污泥高度資源化利用奠定良好的基礎(chǔ)。
　　本論文首先分析了不同水熱溫度下產(chǎn)物的物化性狀；進而對不同水熱溫度下污泥水熱產(chǎn)物的厭氧消化特性進行了詳細的分析，同時研究了水熱產(chǎn)物經(jīng)稀釋和固液分離后其厭氧性能的差異，最后利用活性炭進行了提高厭氧性能的系列實驗。實驗結(jié)果表明：
　　(1)污泥經(jīng)水熱處理后，其物化特性發(fā)生了顯著變化，含有豐富有機物的水熱液體產(chǎn)物適合進行厭氧消化。具體表現(xiàn)為揮發(fā)分含量明顯降低，固定碳的含量有所增加，240

3、°C水熱條件下，產(chǎn)物的揮發(fā)分和固定碳含量分別為35.74%和7.95%。隨水熱溫度的升高水熱液體產(chǎn)物中溶解性化學(xué)需氧量(SCOD)含量呈現(xiàn)先增后減的趨勢，在160°C時達到最高，為63.00 g/L；而短鏈揮發(fā)性脂肪酸(SCFAs)的含量隨著水熱溫度的升高持續(xù)增加，從121°C的2629.7 mg/L提升至240°C的4106.9 mg/L。
　　(2)中、低溫水熱提高了污泥的生物降解性，而當水熱溫度超過180°C時，其產(chǎn)物對厭氧

4、消化有明顯抑制。121°C，160°C和180°C時水熱產(chǎn)物的厭氧甲烷產(chǎn)量分別比原始污泥增加了148.04 mL、138.70 mL和129.31 mL，其SCFAs的濃度峰值出現(xiàn)較早且降解較快；而當溫度為220°C和240°C時，水熱污泥的厭氧甲烷產(chǎn)量分別僅為原始污泥的45.26%和47.37%，其SCFAs的積累量均高達4500 mg/L。對照180°C和240°C條件下污泥水熱產(chǎn)物的GC-MS分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水熱產(chǎn)物中對厭氧消化有抑

5、制作用的有機物可能為：2,5-二氫-2,5-二甲基-呋喃、吡啶、2-甲基吡啶、2,5-二酮哌啶、3-甲基吡啶和2,6-二甲氧基苯酚等。
　　(3)抑制物同時存在于水熱液相產(chǎn)物和固相產(chǎn)物中，稀釋法有效減弱了抑制物對厭氧微生物的毒害作用，從而提高了厭氧產(chǎn)甲烷量。在水熱固相和液相產(chǎn)物的單獨厭氧實驗中，固體產(chǎn)物和液體產(chǎn)物的厭氧性能均優(yōu)于混合產(chǎn)物，當液態(tài)產(chǎn)物和固態(tài)產(chǎn)物的初始有機物濃度分別增加到4.29和4.78倍時，其厭氧產(chǎn)甲烷量分別降低了

6、45.32%和84.59%。同時，在200°C和240°C水熱溫度下，產(chǎn)物4倍稀釋率的厭氧產(chǎn)甲烷量分別是2倍稀釋率時的1.28和1.77倍。
　　(4)活性炭對抑制性物質(zhì)有吸附作用，減輕了抑制物對微生物的影響，從而提高了厭氧消化效率。向厭氧體系中添加活性炭后，其滯后期明顯縮短，240°C水熱產(chǎn)物10 g COD/L所含抑制物的實驗組其滯后期由12天縮短為8天；240°C水熱產(chǎn)物15 g COD/L所含抑制物的實驗組滯后期由26天縮