论文部分内容阅读
猪场废水通常采用沼气发酵进行处理利用。由于猪场废水体积大、浓度不高,因此升温困难、冬季处理效率低。针对这一问题,提出“在相同加热能量条件下,通过分步加热可以提高沼气发酵产气效率”的科学假设。为了证实这一假设,本文以两步加热策略为例,从理论推导和试验验证两方面求证两步加热策略提升沼气发酵效率的可行性,探索影响沼气发酵效率提升的因素,并研究了两步加热策略对厌氧污泥特性的影响。形成的主要结论如下:(1)理论上,相对于传统加热方式,两步加热策略可以提升发酵温度和沼气发酵效率。第一部分废水比例(p)越低,能量废水比(h)越高,两步加热策略的温度提升幅度越大。p值越低,环境温度(T0)越低,两步加热策略的沼气发酵效率提升效率越大。(2)以清水为介质的温度验证试验表明,随着p值的降低,两步加热策略温度提升量逐步升高,p值为0.1时,两步加热策略温度提升量为4.61 ℃。随着h的升高,两步加热策略温度提升量逐步升高,p值为0.3,为37.62 kJ·L-1时,两步加热策略温度提升量为9.25 ℃。试验中两步加热策略温度提升量小于理论值,试验值与理论值的差异主要缘于罐体和管道的散热引起的温度损失。(3)以猪场废水为发酵原料的发酵试验显示(p=0.5),两步加热策略可以提升沼气(甲烷)的产量,沼气产量提升幅度为4.70%～11.5%,甲烷产量提升幅度为0.810%～11.6%。容积负荷和环境温度是影响两步加热策略提升效率的两个主要影响因素。(4)随着容积负荷的升高,两步加热策略的甲烷产量提升量和提升效率逐渐升高,容积负荷为4.0kgCOD·m·3·d-1时,提升效率为13.1%。随着环境温度的降低,提升量和提升效率也逐渐升高,在T0为5 ℃时,甲烷产量提升效率最大,为14.7%。随着p值的降低,提升量和提升效率仍逐渐升高,p值为0.2时,提升效率为20.1%。从产甲烷动力学参数看,两步加热策略的最大容积产气率(Rpmax)和半饱和常数(KLR)高于一步加热。但两步加热策略的甲烷产量提升量和提升效率试验值显著低于理论分析值,主要由于两步加热策略沼气发酵装置中的混合液污泥浓度较低,理论分析没有考虑水力停留时间缩短带来的污泥流失问题。(5)在污泥特性方面,两步加热策略沼气发酵装置I(R2)的缓冲性能最好,两步加热策略沼气发酵装置II(R3)的缓冲性能最差。R2和R3的最大比产甲烷活性分别为8.63 mL·gCOD-1-gMLVSS-1 和 8.57mL gCOD·1·gMLVSS-1 高于一步加热沼气发酵装置(R1)的 7.87 mL·gCOD-1·gMLVSS-1,说明了两步加热策略的污泥活性优于一步加热。微生物群落结构分析表明,两步加热策略中的互营氧化作用可能比一步加热策略更活跃。