UASB_(Hyd)-CSTR_(Met)产氢甲烷双系统的建立与运行

【摘要】：制糖厂排放的糖蜜废水,有机污染种类多,浓度高,尤其含有丰富的碳水化合物和氮素物质,采用常规的废水处理方法处理,不但达不到排放标准污染环境而且造成能源浪费。根据糖蜜废水可生化性好的特点,利用两相厌氧工艺将其资源化利用对净化环境和缓解能源紧张都具有重要的意义。本文得到的结论如下：(1)本文以上流式厌氧污泥床反应器(UASB)为产酸相和连续流槽式搅拌反应器(CSTR)为产甲烷相构建了两相厌氧同时产氢产甲烷的系统。首先进行了反应器的启动实验,在37±1℃,中性条件下,以2000mg/LCOD负荷分步启动产氢反应器,25d内启动成功。同时产甲烷相在启动前35d以人工配制的模拟糖蜜废水为底物,后30d换为产酸出水作基质,经65d启动。成功实现了UASB-CSTR反应器的串联,达到了启动的预期目的。产酸相和产甲烷相分别培养出了以产酸菌和产甲烷菌为优势菌群的完整厌氧反应生态系统。(2)启动成功后,UASB反应器进水COD容积负荷逐步提高到11.5kg.m-3.d-1,HRT从高到低先后为12、10、8、7、6h变化,考察不同的HRT对产酸反应器运行的影响,以确定产酸相最佳HRT。研究结果表明：有机物去除率随HRT的降低不断升高,在HRT为6h时,COD去除率达最大42.4%,产氢量(7.6L.d-1)高于其它HRT段,确定产酸相最佳水力停留时间为6h。在此阶段产甲烷反应器内微生物的数量和活性不断增加,COD去除率不断上升,甲烷产量和含量也不断增加,COD去除率最大为48.8%,产量为7.89L(CH4)/d,含量达42.4%。(3)在最佳运行参数(UASBHRT=6h, CSTRMet= 18h)下,以不同的有机负荷运行两相厌氧反应器,进水COD容积负荷为27 kg.m-3.d-1时,产氢反应器运行效果最好,发酵类型为乙醇型发酵,氢气最大产量和含量为为10.8L.d-1和57.7%,产氢效率达整个运行期间的最大值64.8mL.g-1(vss).d-1, COD去除率平均达到48%,但进一步提升COD负荷到34 kg.m-3.d-1时,产酸相的运行性能出现恶化现象。而产甲烷相不受有机负荷的影响,随有机负荷的增加,产甲烷量和含量,COD去除率均不断升高,最大产甲烷速率和含量为19.3 L.d-1和76.4%,77.8%的有机物被转化为CH4和CO2。CSTR反应系统的发酵类型始终为乙醇型发酵,乙醇的降解速率最快,乙酸丁酸次之,丙酸降解最慢,最终总挥发酸的含量为213mg/L。(4)两相厌氧发酵系统总能源回收效率显著提高,最大达65.5%,其中氢气能源回收率占15.8%,甲烷回收率占49.6%。有机物的去除率明显提升,最大的COD去除率达88.3%,出水COD浓度较低,稳定在930～1340mg/L。尽管会因有机负荷的冲击出现波动,但很快恢复稳定运行,说明该两相系统具有良好的运行稳定性,具有较强的抗负荷冲击能力。 【关键词】：氢气 甲烷 两相厌氧发酵 启动 运行特性
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X792
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 两相厌氧工艺概述9-12
• 1.2.1 两相厌氧工艺的理论依据和运行机理9-11
• 1.2.2 两相厌氧工艺的特点11
• 1.2.3 两相厌氧工艺的影响因素11-12
• 1.3 两相厌氧工艺的技术评价12-14
• 1.3.1 两相厌氧处理技术的优点12
• 1.3.2 两相厌氧处理技术的缺点12-13
• 1.3.3 两相厌氧处理技术的适用范围13
• 1.3.4 两相厌氧系统的沿革13-14
• 1.4 课题研究内容14
• 1.4.1 课题来源14
• 1.4.2 课题主要研究内容14
• 1.5 课题研究目的及意义14-16
• 2 试验材料与方法16-19
• 2.1 试验装置与仪器16-17
• 2.1.1 试验装置16-17
• 2.2 接种污泥17
• 2.2.1 活性污泥的驯化与培养17
• 2.2.2 污泥接种17
• 2.3 实验水质17-18
• 2.4 分析项目及方法18-19
• 3 UASB产氢系统的启动与运行19-26
• 3.1 UASB启动运行控制19
• 3.2 反应器的分步启动19-24
• 3.2.1 COD浓度及去除率的变化规律19-21
• 3.2.2 液相末端发酵产物的(VFAs)变化规律21-23
• 3.2.3 产气变化情况23-24
• 3.3 UASB系统运行过程中pH变化24-25
• 3.4 本章小结25-26
• 4 CSTR产甲烷系统的建立与运行26-32
• 4.1 CSTR反应器产甲烷效能分析26-28
• 4.2 CSTR反应器运行特性28-30
• 4.3 CSTR反应器液相末端产物30-31
• 4.4 本章小结31-32
• 5 两相厌氧系统启动和运行整体效果分析32-38
• 5.1 概述32
• 5.2 两相厌氧系统启动和运行效果分析32-36
• 5.2.1 两相厌氧系统启动和运行的整体效果32-33
• 5.2.2 COD去除率33-34
• 5.2.3 能源回收效果34-36
• 5.3 两相厌氧系统启动和运行过程中的问题及解决方案36-37
• 5.3.1 启动与运行过程中遇到的问题36
• 5.3.2 问题的解决方案36-37
• 5.4 本章小结37-38
• 结论38-40
• 参考文献40-45
• 攻读学位期间发表的学术论文45-46
• 致谢46-47

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