论文部分内容阅读
传统能源日益消耗导致的全球能源危机和环境污染是目前全球面临的重大问题。近年来,厌氧消化技术已经被广泛应用于处理城市污泥,然而厌氧消化的启动和处理周期长是限制该技术发展的重要因素。因此,污泥进行厌氧消化阶段前设污泥预处理阶段成为研究的热点。此前有报道称游离氨预处理污泥能够促进厌氧消化产生甲烷,但是其并未解释理由和详细介绍该技术的相关细节。针对该研究的不足,本课题开展了以下几个方面的研究工作。首先,探讨不同pH条件（8.5,9.5,10）下不同浓度游离氨预处理对污泥厌氧消化产甲烷的影响,同时通过测定预处理前后污泥上清液的各项指标观察不同预处理方法对污泥性质的影响。然后,通过三维荧光光谱定性和定量分析污泥处理前后物质改变,导致不同甲烷产量的原因。最后,通过厌氧消化各阶段产物作为底物进行配水实验,结合数学模型分析不同浓度游离氨对厌氧消化各阶段的影响。预处理阶段实验结果显示,在相同的pH条件下,随着游离氨的浓度增大,溶解性化学需氧量（SCOD）、可溶解性蛋白和多糖的浓度增多,表明预处理游离氨浓度越大,对污泥絮体的破坏作用也越强。产甲烷实验结果表明,在pH 8.5水平,随着FA浓度从18.5 mg/L增加到92.5mg/L（即NH4+-N:100-500 mg/L;pH 8.5）,最大甲烷产量从194.0±3.9 mL/g VSS到196.9±7.7 mL/g VSS。然而,在pH 9.5或10水平,随着初始游离氨浓度从103.2 mg/L增加到516.2 mg/L,最大的甲烷产量几乎呈线性增加。通过测定预处理后污泥上清液三维荧光光谱分析发现,高浓度游离氨（如>100 mg/L）预处理不仅可以加速了污泥的破解,而且能够提高污泥的可生物降解性,为厌氧消化阶段提供了更多的可生物降解的底物。各个反应器内进行厌氧消化阶段前虽然将污泥pH调节至7.0±0.1,但由于初始投加的氨氮以及厌氧消化阶段各种生化反应释放的氨氮会导致一定浓度游离氨残留于反应器游离氨（4.4 mg/L11.6 mg/L）。通过一系列配水实验模拟厌氧消化各阶段,结果显示,该浓度范围的游离氨能够明显抑制同型产乙酸和甲烷化阶段,水解、酸化阶段能够受到轻微抑制,乙酸化过程在该浓度范围影响不大。最后,通过模拟实际污水处理厂的经济分析可知,与单独碱预处理方法相比,游离氨预处理能够节省更多的成本,说明游离预处理方法未来在实践中有较好的应用前景。