污泥厌氧消化工艺运行分析与强化产沼气生产性试验研究

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1、污泥厌氧消化工艺运行分析与强化产沼气生产性试验研究(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：环境学院工程领域：环境工程申请人：张晓红指导教师：施汉昌教授联合指导教师：甘一萍高级工程师二〇一五年九月OperationalAnalysisandMethanogenicEnhancementofAnaerobicDigestionProcessforMunicipalSludgeThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMaste

2、rofEngineeringbyZhangXiaohong(EnvironmentalEngineering)ThesisSupervisor:ProfessorShiHanchangAssociateSupervisor:SeniorEngineerGanYipingSeptember,2015摘要摘要厌氧消化工艺具有污泥减量化、资源化、稳定化的作用，是污泥处理处置的关键技术。目前，我国污水处理厂厌氧消化工艺的产气率较低，稳定运行的工程经验欠缺。因此，开展污水处理厂厌氧消化工艺提高产气效率的研究十分必要。本论文首先进行了文献综述，介绍了厌氧消化工艺原理和国内外技术发展现状。然

3、后以小红门污水处理厂的污泥厌氧消化系统为例，详细分析了2011~2012年间污泥厌氧消化工艺运行的问题与不足。结果表明，2012年的厌氧消化进泥量、进泥性质、运行温度比2011年均波动小，厌氧系统运行更加稳定。2012年的年均有机物分解率为57.1%，比2011年高7.9%，分解单位挥发性固体（VS）产气率3达到0.56m/kgVS，比2011年提高了69.7%。在对上述工艺分析诊断的基础上，论文采用了独立样本t检验考察了小红门污水处理厂污泥厌氧消化工艺影响因素的变化，并采用冗余分析确定产气率的主要影响因素。2012年运行数据分析表明：影响厌氧消化系统产气效率的主要因素是进泥泥

4、质特征（特别是VFA含量及初沉污泥浓度）和消化池温度。因此，通过调控初沉池改善泥质、提高厌氧消化池反应温度是强化厌氧产沼气的重要方法。为了提高厌氧消化工艺的产沼气效率，论文通过小试实验研究了升高厌氧消化温度和对剩余污泥热水解处理后的产气率。通过比较不同反应温度（35℃、40℃），发现40℃有利于提升初沉污泥的沼气产量及甲烷浓度，有机物降解效率更高。剩余污泥热水解的序批试验结果表明，高温热水解可以显著提升剩余污泥的产甲烷潜势，从而提高系统的效能。上述结论与BioWIN工艺模型模拟的结果一致。在工艺分析和小试研究的基础上，开展了厌氧消化运行调控的生产性实验。2013年，通过延长初沉

5、池污泥停留时间促使污泥水解酸化产生VFA，并提高厌氧消化系统温度到40℃。结果发现：经过调整后初沉污泥停留时间，消化进泥VFA3提高了24%，2013年升温期间分解单位VS产气率为1.06m/kgVS，是2012年的1.89倍，并提高了污水厂的经济收益，比2012年增收59.65万元。本文采用工艺分析、小型试验、工艺模拟和生产性试验的系统方法，研究了强化厌氧消化产气的措施和工艺条件，结果可供污水处理厂运行人员借鉴和参考。关键词：污泥厌氧消化；反应温度；热水解；工艺优化IAbstractAbstractAnaerobicdigestionprocessiscapableoftre

6、atingsewagesludgeforreduction,resourcerecoveryandstabilization,beingoneofthekeytechnologiesforsewagesludgedisposalandtreatment.Nowadays,thesludgeanaerobicdigestionofwastewatertreatmentplants(WWTPs)inChinaareunsatisfyingduetothelowmethaneproducingefficiencyandthelackofengineeringoperationalex

7、perience.Therefore,itisquitenecessarytostudyhowtoimprovetheefficiencyofanaerobicdigestioninWWTPs.Firstly,areviewwasgivenontheprincipleofanaerobicdigestionandtechnicaldevelopmentindomesticandabroad.Afterthat,athoroughprocessanalysiswasconductedforan