折流板Fenton反應(yīng)器氧化生污泥對(duì)厭氧消化的影響研究項(xiàng)目摘要

針對(duì)目前污水處理領(lǐng)域中，剩余污泥處理成本高和資源化利用率的問題，本項(xiàng)目提出以Fenton工藝預(yù)氧化生污泥以提高污泥厭氧消化產(chǎn)沼氣量的方法。通過研發(fā)折流板Fenton反應(yīng)器，并引入惰性顆粒作為晶核，優(yōu)化設(shè)計(jì)出能大大減少含鐵污泥產(chǎn)生的新型折流板Fenton反應(yīng)器，達(dá)到藥劑的節(jié)省和氧化處理高效的目的。在此基礎(chǔ)上，利用FeSO4改用Fe(NO3)2、硝酸部分替代硫酸的少硫酸鹽Fenton工藝預(yù)氧化生污泥（包括初沉池糟渣污泥和二沉池好氧剩余污泥），探討Fenton在最少加藥量的條件下取得最佳厭氧消化產(chǎn)沼氣效果的工藝參數(shù)。該項(xiàng)目的成功實(shí)施，將進(jìn)一步豐富和完善現(xiàn)有的Fenton處理理論，為Fenton預(yù)處理技術(shù)的優(yōu)化奠定理論基礎(chǔ)；為我國的污泥處理和資源化利用提供一條切實(shí)可行的新途徑。

本課題按照原研究計(jì)劃要點(diǎn)執(zhí)行，并且適當(dāng)補(bǔ)充了些相關(guān)研究內(nèi)容，使得研究目標(biāo)更適合于研究結(jié)果的實(shí)際應(yīng)用。 課題主要針對(duì)目前污水處理領(lǐng)域中，剩余污泥處理成本高和資源化利用率低的問題，研究了以Fenton工藝預(yù)氧化剩余污泥以提高污泥厭氧消化產(chǎn)沼氣量，及對(duì)于高懸浮物廢水先厭氧消化以減少剩余污泥產(chǎn)生再以Fenton工藝預(yù)氧化剩余污泥的技術(shù)。首先設(shè)計(jì)了折流板Fenton反應(yīng)器，通過引入惰性顆粒作為晶核，以減少含鐵污泥產(chǎn)生的新型折流板Fenton反應(yīng)器，達(dá)到藥劑的節(jié)省和氧化處理高效的目的。試驗(yàn)表明：剩余污泥的固含量約為4%，初始pH值達(dá)到3.0，反應(yīng)溫度為 60℃，反應(yīng)時(shí)間為 60min，H2O2用量為40%，F(xiàn)e2 投加0.5g/L時(shí)，造紙剩余污泥的氧化破解效果最佳，此時(shí)SCOD是3306.24 mg/L，SCOD/TCOD是36.7%，VS為39.4%,VSS為2.35g/L。 調(diào)節(jié)pH至3時(shí)，硫酸的消耗量與污泥的質(zhì)量比是：1：30。遠(yuǎn)小于文獻(xiàn)所報(bào)道的2.7的臨界點(diǎn)。所以只需對(duì)特殊污泥考慮，利用FeSO4改用Fe(NO3)2、硝酸部分替代硫酸的少硫酸鹽。Fenton預(yù)處理剩余污泥后厭氧消化產(chǎn)沼氣試驗(yàn)表明，29天后反應(yīng)完全，總產(chǎn)氣量852.4mL，未經(jīng)Fenton預(yù)處理的原污泥厭氧消化產(chǎn)氣只有65.4mL。 本課題同時(shí)也研究了Fenton預(yù)處理剩余污泥后，作為微生物燃料電池MFC原料產(chǎn)電的情況，研究結(jié)果表明：Fenton試劑破解污泥后的MFC穩(wěn)態(tài)輸出電壓高于MFC啟動(dòng)期的穩(wěn)態(tài)輸出電壓，其整個(gè)過程中，電壓輸出在175mV以上的總時(shí)間為140h。在輸出電壓到達(dá)穩(wěn)定值后，當(dāng)電流達(dá)到0.6mA時(shí)，輸出功率密度達(dá)到最大，其值為37.5mW/m2。 對(duì)于高懸浮物(SS)廢水先厭氧消化以減少污泥產(chǎn)生的研究，以SS平均高達(dá)32406±2734 mg/L的棕櫚油廢水為研究對(duì)象，試驗(yàn)表明，廢水COD從平均71179降低到12341 mg/L，出水平均COD為3587 mg/L，COD去除效率達(dá)到94.89%。產(chǎn)生的沼氣27.65 m3/ m3棕油廢水，產(chǎn)氣量比其它厭氧反應(yīng)器 (約25 m3/ m3棕油廢水) 有一定程度的增加，且所產(chǎn)剩余污泥量減少50%以上。 通過Fenton 預(yù)處理污泥與厭氧消化處理系統(tǒng)優(yōu)化組合，降低污泥處理成本，提高能源回收效率，將為污泥處理和資源化利用提供了新的選擇。 2100433B

污泥厭氧消化溫度

在污泥厭氧消化過程中，溫度對(duì)有機(jī)物負(fù)荷和產(chǎn)氣量有明顯影響。根據(jù)微生物對(duì)溫度的適應(yīng)性，可將污泥厭氧消化分為中溫（一般30~36℃）厭氧消化和高溫（一般50~55℃）厭氧消化。研究表明，在污泥厭氧消化過程中，溫度發(fā)生±3℃變化時(shí)，就會(huì)抑制污泥消化速度；溫度發(fā)生±5℃變化時(shí)，就會(huì)突然停止產(chǎn)氣，使有機(jī)酸發(fā)生大量積累而破壞厭氧消化。

污泥厭氧消化酸堿度

研究表明，污泥厭氧消化系統(tǒng)中，各種細(xì)菌在適應(yīng)的酸堿度 范圍內(nèi)，只允許在中性附近波動(dòng)。微生物對(duì)pH的變化非常敏感。水解與發(fā)酵菌及產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸菌適應(yīng)的pH范圍為5.0~6.5，甲烷菌適應(yīng)的pH范圍為6.6~7.5。如果水解酸化和乙酸化過程的反應(yīng)速度超過甲烷化過程速度，pH就會(huì)降低，從而影響產(chǎn)甲烷菌的生活環(huán)境，進(jìn)而影響污泥厭氧消化效果，然而，由于消化液的緩沖作用，在一定范圍內(nèi)避免這種情況的發(fā)生。

消化液是污泥厭氧消化過程血紅有機(jī)物分解而產(chǎn)生的，其中含有除了CO₂和NH₃外，還有以NH₄NCO₃形態(tài)的NH₄ ，HCO₃^-和H₂CO₃形成緩沖體系，平衡小范圍的酸堿波動(dòng)。如下：

H HCO₃^- →H₂CO₃

污泥厭氧消化有毒物質(zhì)濃度

在污泥厭氧消化中，每一種所謂有毒物質(zhì)是具有促進(jìn)還是抑制甲烷菌生長的作用，關(guān)鍵在于它們的毒閾濃度。低于毒閾濃度，對(duì)甲烷菌生長有促進(jìn)作用；在毒閾濃度范圍內(nèi)，有中等抑制作用，隨濃度逐漸增加，甲烷菌可被馴化；超過毒閾上限。則對(duì)微生物生長具有強(qiáng)烈的抑制作用。

經(jīng)厭氧消化后污泥仍含有許多弱穩(wěn)定化合物，限制了污泥后續(xù)的土地及資源化利用，仍需進(jìn)一步穩(wěn)定化處理。許多研究證實(shí)采用好氧工藝可強(qiáng)化厭氧消化污泥的深度穩(wěn)定，減少污泥量，然而對(duì)其穩(wěn)定機(jī)理尚無系統(tǒng)研究。污泥經(jīng)厭氧消化處理后有機(jī)物和微生物組成發(fā)生了顯著變化，必然存在特有的好氧穩(wěn)定機(jī)制。本項(xiàng)目以弱穩(wěn)定化合物為主要研究對(duì)象，首先采用多種光譜和質(zhì)譜技術(shù)，分析好氧處理前后厭氧消化污泥中各物質(zhì)的變化情況，以闡明弱穩(wěn)定化合物的化學(xué)特征和含量分布；然后基于平行因子法、二維相關(guān)光譜分析和穩(wěn)定同位素標(biāo)記法，探討好氧穩(wěn)定過程中弱穩(wěn)定化合物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，并以類腐殖質(zhì)為代表，研究此過程中穩(wěn)定化物質(zhì)的形成規(guī)律；最后采用高通量測序和定量PCR技術(shù)，探討好氧穩(wěn)定過程中微生物群落結(jié)構(gòu)和種群密度變化，并結(jié)合多元回歸分析，探究微生物群落演替與弱穩(wěn)定化合物深度穩(wěn)定的作用關(guān)系。本項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)厭氧消化污泥深度穩(wěn)定技術(shù)的發(fā)展具有重要理論意義。