酸性条件下UASB与CSTR产甲烷反应器启动及运行特性研究

【摘要】：随着技术的发展与进步，厌氧生物发酵技术在环境领域的作用愈发重要，成为解决环境污染问题与生物能源回收的重要途径之一。运用厌氧反应器进行的厌氧生物发酵产甲烷工艺是厌氧生物发酵的重要组成部分，具有有机物去除率高、能源回收率高、稳定性好，可同时实现有机废水处理与能源回收等优势，在常规污水处理与能源回收方面已实现产业化。本文针对酸性废水低pH的特点，探讨了在低pH值的酸性条件下启动运行上升式厌氧污泥床反应器（UASB）与连续流搅拌槽式反应器（CSTR）的运行特性，对于运用UASB与CSTR反应器处理酸性废水具有重要的意义。 本文采用先在中性条件下启动，再逐步降低反应器内部pH值的方法，研究了在中性条件启动过程与pH逐步降低过程中UASB与CSTR反应器在COD去除率、生物气产量及甲烷含量、颗粒污泥内部pH值、生物量与污泥产甲烷活性等方面的变化规律。 对以颗粒污泥为接种物的UASB反应器发酵产甲烷性能的研究表明，通过逐步降低pH值的方法，可以在反应系统内培养出耐酸性较强的厌氧产甲烷颗粒污泥。在逐步降低反应器内部pH值的过程中，UASB反应器的COD去除率、生物气产量及甲烷含量等参数随着pH值的降低首先呈现逐步降低的趋势，在pH值为5.5时降至最低，COD去除率为76.8%，生物气产量为14L/d，甲烷含量40%左右；距离反应器底部15cm、30cm与45cm处的生物量分别降至12.07、2.87与0.86gMLVSS/L，最大比产甲烷速率分别降至182.5、215.6与62.4mlCH4/gMLVSS·d。稳定pH值为5.5的运行过程中，反应器的运行效果开始逐步回升且趋于稳定，COD去除率稳定在80%左右，生物气产量为17L/d，甲烷含量为48%左右；距离反应器底部15cm、30cm与45cm处的生物量分别回升至13.25、3.47与1.07gMLVSS/L，最大比产甲烷速率分别为224.8、280.5与126.3mlCH4/gMLVSS·d。在pH值逐步下降过程中反应器内部不同高度的颗粒污泥内部pH值也发生了较大的变化。实验结果表明，距离反应器底部15cm处的颗粒污泥因为粒径较大，颗粒内层pH值在外部环境中pH值逐步降低的过程中变化幅度较小，距离反应器底部45cm处的颗粒污泥因粒径较小，内层pH值随外部环境变化而变化的幅度较大。 研究表明，以絮状污泥为接种物的CSTR反应器在pH值逐步降低过程中，反应器运行效果明显比UASB反应器差，且在pH值降低过程中，波动幅度也明显大于UASB反应器的。稳定pH为5.5的运行过程中，CSTR反应器的COD去除率为67%左右，生气产量为12L/d左右，甲烷含量为35%左右，生物量为6.97gMLVSS/L，最大比产甲烷速率为166.46mlCH4/gVSS·d。 对在酸性条件下启动运行成功后的运行特性分析表明，通过逐步降低反应器内部pH的方法，在UASB与CSTR内部驯化、培养出了耐酸性较强的活性污泥。酸性条件下反应器内部的活性污泥对pH值与COD等外部环境冲击的耐受与缓冲能力明显高于中性条件下的污泥。 【关键词】：酸性条件 产甲烷 UASB反应器 CSTR反应器 启动及运行特性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 有机废水厌氧生物处理技术与甲烷化技术11-16
• 1.1.1 有机废水厌氧生物处理技术11-12
• 1.1.2 甲烷发酵的生物学机制12-14
• 1.1.3 产甲烷反应器研究现状14-15
• 1.1.4 有机废水酸性条件下产甲烷研究现状15-16
• 1.2 UASB 反应器生物产甲烷技术16-18
• 1.2.1 UASB 工艺原理与特点16-17
• 1.2.2 UASB 启动及运行特性17-18
• 1.3 CSTR 反应器研究现状18-19
• 1.3.1 CSTR 工艺原理与特点18-19
• 1.3.2 CSTR 启动及运行特性19
• 1.4 课题来源、研究目的意义及研究内容19-21
• 1.4.1 课题来源19-20
• 1.4.2 研究目的及意义20
• 1.4.3 研究内容20-21
• 第2章 实验材料与方法21-26
• 2.1 实验装置21-22
• 2.2 实验条件22-23
• 2.3 分析项目及检测方法23-26
• 2.3.1 常规分析项目23-24
• 2.3.2 颗粒污泥内部 pH 值测量24-26
• 第3章 酸性条件下 UASB 产甲烷反应器启动及运行特性26-47
• 3.1 引言26
• 3.2 UASB 中性条件下的启动特性26-36
• 3.2.1 反应器内部 pH 值及颗粒污泥内部 pH 值27-31
• 3.2.2 出水 COD 去除率及各取样口 COD 去除率31-33
• 3.2.3 产气量、气体组分及污泥产甲烷活性33-35
• 3.2.4 反应器内部各取样口处生物量35-36
• 3.3 UASB 酸性条件下的启动特性36-44
• 3.3.1 反应器内部 pH 值及颗粒污泥内部 pH 值37-40
• 3.3.2 出水 COD 去除率及各取样口 COD 去除率40-41
• 3.3.3 产气量、气体组分及污泥产甲烷活性41-43
• 3.3.4 反应器内部各取样口处生物量43-44
• 3.4 酸性条件下 UASB 运行特性分析44-46
• 3.4.1 pH 对颗粒污泥产甲烷活性的影响44-45
• 3.4.2 COD 浓度对颗粒污泥产甲烷活性的影响45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 酸性条件下 CSTR 产甲烷反应器启动及运行特性47-59
• 4.1 引言47
• 4.2 CSTR 中性条件下的启动特性47-52
• 4.2.1 反应器内部 pH 值47-48
• 4.2.2 COD 去除率及出水 COD 浓度48-49
• 4.2.3 产气量、气体组分及污泥产甲烷活性49-51
• 4.2.4 反应器内部生物量51-52
• 4.3 CSTR 酸性条件下的启动特性52-56
• 4.3.1 COD 去除率及出水 COD 浓度52-53
• 4.3.2 产气量、气体组分及污泥产甲烷活性53-55
• 4.3.3 反应器内部生物量55-56
• 4.4 酸性条件下 CSTR 运行特性分析56-57
• 4.4.1 pH 对絮状污泥产甲烷活性的影响56-57
• 4.4.2 COD 浓度对絮状污泥产甲烷活性的影响57
• 4.5 本章小结57-59
• 结论59-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果64-66
• 致谢66

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