提高两相厌氧处理养猪废水产甲烷量的方法研究

【摘要】：畜禽养殖业的废水属于高浓度有机废水,处理不当将会对环境造成严重的污染。厌氧生物处理技术由于其处理效果好,而且可以产生沼气、回收能源,被广泛应用于高浓度有机废水的处理中。本课题以自主设计的自动控温两相厌氧反应器为实验装置,优化反应器运行时温度、水力停留时间、pH等条件,并在最佳运行条件下通过提高产酸相乙酸产量和产甲烷相产甲烷菌活性的方法,提高产气量和产甲烷量。通过对两相厌氧反应器产气特性和有机物降解规律的分析,确定提高反应器产气量的方法,提高该厌氧反应器的节能减排效果,以期为解决目前能源短缺问题提供一条可行的方法。首先以序批实验的方式优化了该反应器产酸相的运行条件,即产酸相运行温度33℃,初始pH为5.0-6.0之间,HRT为3d,搅拌。随后在产酸相对比研究了加入不同C/N的基质碳源(乙醇、乙酸钠及葡萄糖)、不同初始pH(4.5-8.24之间)和微量元素(Fe、Co、Ni)对产酸相产酸效果及发酵类型的影响。结果表明,加入C/N为70的乙醇和葡萄糖基质在产酸相发酵第三天均可得到良好的乙醇型发酵,随着反应的进行逐渐转变为丙酸型发酵。且投加C/N为70葡萄糖基质时挥发性脂肪酸(VFAs)累积含量最高、乙酸所占百分比最大、产气量居中,分别为88.58mg/L、69.18%和198mL。初始p H为6.0和添加5mg/L Fe元素也有利于产酸相乙酸的积累。C/N为70的乙醇基质对有机物蛋白质和多糖的降解效果最好,分别为82%和66%。以序批实验的方式优化了该反应器产甲烷相的运行条件,产甲烷相运行温度36℃,发酵液初始pH为7.0,静置。在产甲烷相分别对比研究了添加微量元素(Fe、Co、Ni)和碳源(乙酸和乙酸钠)对产甲烷菌的活性的影响。结果表明,添加微量元素可以提高产甲烷菌活性。Fe、Co、Ni三种微量金属盐单独加入的最佳添加量分别是:20mg/L,15mg/L,10mg/L,而Fe Co,Fe Ni,Co Ni联合应用对沼气产量和甲烷含量没有影响。Fe、Co、Ni三种同时加入能够促进产气量和产甲烷量的增加,日产甲烷含量可以达到60%。COD、氨氮、SS的去除率分别达到74.1%、71%、67.8%。加入乙酸后SS的去除效果可达到77.6%。最后将产酸相和产甲烷相最佳方案在两相厌氧反应器内组合运行,与对照组比较发现:反应过程中产甲烷量和产气量都经过了一个上升—平稳—下降—再平稳—再下降的过程,实验组的产气量为和产甲烷量分别为1978mL和72%,与对照组相比分别提高了55.5%和44%;在发酵反应过程中pH、VFAs变化稳定,COD、NH4+-N、SS的去除率分别为91.7%、85%和86.5%。反应过程中颗粒污泥的粒径大小适中,沉降性能良好,可以帮助反应器内保持足够的生物量。 【关键词】：养猪废水 两相厌氧 产酸相 产甲烷相 产气量
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X713
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的研究背景10-12
• 1.1.1 养猪废水的危害10
• 1.1.2 养猪废水国内外处理技术的研究概况10-12
• 1.2 两相厌氧消化技术概述12-16
• 1.2.1 两相厌氧消化技术的基本原理及特点12-13
• 1.2.2 两相厌氧消化技术的发展13-14
• 1.2.3 两相厌氧消化技术的相分离14-15
• 1.2.4 两相厌氧消化技术的影响因素15-16
• 1.3 厌氧消化产甲烷工艺存在的问题16
• 1.4 课题研究意义与主要内容16-18
• 1.4.1 课题研究的目的与意义16
• 1.4.2 研究内容16-17
• 1.4.3 创新性17
• 1.4.4 研究路线17-18
• 第2章 实验材料和方法18-23
• 2.1 实验材料与方法18-20
• 2.1.1 实验装置18-19
• 2.1.2 实验仪器与药品19-20
• 2.1.3 实验废水及污泥来源及指标20
• 2.2 产酸序批实验设计20-21
• 2.2.1 产酸相最佳运行条件选择的优化20-21
• 2.2.2 不同碳源及添加量对产酸效果影响的实验设计21
• 2.2.3 不同初始pH对产酸效果影响的实验设计21
• 2.2.4 不同微量元素对产酸效果影响的实验设计21
• 2.3 产甲烷序批实验设计21-22
• 2.3.1 产甲烷相最佳运行条件选择的优化21
• 2.3.2 不同微量元素对产甲烷效果影响的实验设计21-22
• 2.3.3 不同底物碳源对产甲烷效果影响的实验设计22
• 2.4 主要分析项目及测定方法22-23
• 第3章 提高产酸相乙酸含量的方法研究23-37
• 3.1 产酸相最佳运行条件的优化23-26
• 3.1.1 温度对产酸相性能的影响23-24
• 3.1.2 初始pH对产酸相性能影响24
• 3.1.3 水力停留时间（HRT）和有机负荷对产酸相性能影响24-25
• 3.1.4 搅拌静置条件对产酸相的影响25-26
• 3.2 提高产酸相乙酸含量的效能分析26-32
• 3.2.1 不同基质碳源及含量的产酸效能26-30
• 3.2.2 初始pH的产酸效能分析30-31
• 3.2.3 微量元素对产酸相性能的影响31-32
• 3.3 产酸相中有机物降解规律分析32-36
• 3.3.1 蛋白质变化规律32-34
• 3.3.2 多糖降解规律34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 提高产甲烷相甲烷含量的方法研究37-47
• 4.1 产甲烷相最佳运行条件的优化37-39
• 4.1.1 温度对产甲烷相性能的影响37
• 4.1.2 pH值对产甲烷相性能的影响37-38
• 4.1.3 搅拌静置条件对产甲烷相性能的影响38-39
• 4.2 提高产甲烷相产甲烷含量效能分析39-43
• 4.2.1 微量元素对产甲烷相产甲烷量的影响39-42
• 4.2.2 不同基质碳源对产甲烷相产气量的影响42-43
• 4.3 产甲烷相有机物降解规律分析43-46
• 4.3.1 化学需氧量（COD）变化规律43-44
• 4.3.2 氨氮变化规律44-45
• 4.3.3 悬浮物（SS）变化规律45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 两相厌氧反应器的产气效果及规律47-55
• 5.1 初次运行效果分析47-48
• 5.2 两相厌氧发酵的产甲烷效率48-50
• 5.3 养猪废水中有机物降解规律50-54
• 5.3.1 pH变化规律50
• 5.3.2 化学需氧量（COD）变化规律50-51
• 5.3.3 氨氮变化规律51
• 5.3.4 挥发性脂肪酸（VFAs）变化规律51-52
• 5.3.5 悬浮物（SS）变化规律52-53
• 5.3.6 反应器中颗粒污泥的特性分析53-54
• 5.4 本章小结54-55
• 结论55-57
• 参考文献57-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文62-65
• 致谢65

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