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IC反应器处理猪粪废水条件下污泥颗粒化研究

作　者: 张杰
导　师: 张百良
学　校: 河南农业大学
专　业: 农业生物环境与能源工程
关键词: IC 反应器启动基质厌氧颗粒污泥动力学模型
分类号: X71
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

现代化的养殖技术促进了我国畜禽养殖业向优质、高效发展，并使畜禽养殖业成为高度专业化产业，但另一方面养殖场排放的大量废水大多未经处理而直接排到环境中去，造成了严重的污染，因此，目前的当务之急是解决好对这些废水的处理问题。畜禽粪便废水的处理是个非常复杂的工艺过程，其中选用厌氧生物处理工艺作为整个工艺的前处理单元具有可以回收能源、能预先去除大部分有机污染物等优点，是养殖厂普遍采用的方法。厌氧废水处理技术具有悠久的历史，但只是在近年来一些高效厌氧反应器如 UASB、IC 反应器等开发成功以后才开始快速发展起来。这些反应器有一个共同的优点就是能在反应器内形成沉降性能好的颗粒污泥，从而提高了反应器中的微生物量及其在反应器中的停留时间，使反应器的有机负荷率大大提高。与 UASB 反应器相比，IC 反应器具有更高的有机负荷率，但由于该反应器的开发者 PAQUES 公司对这项技术进行了严格的技术保密，使 IC 反应器的应用范围仅限于少数几种工业废水，更没有用于处理畜禽粪便废水的例子。本文以猪粪废水为基质，重点对 IC 反应器高效运行的原因，尤其是颗粒污泥在其中的形成过程和作用进行研究，并取得了阶段性成果，主要有以下几个方面：(1) 对 IC 反应器处理猪粪废水启动初期的工艺条件进行了研究。通过气体置换装置的研究，在 IC 反应器中进行验证，结果表明：当进水 COD浓度在 2000mg/L、碱度在 1200mg/L 以及污泥的容积接种量为 15mgVSS/L左右时，污泥驯化速度快，且沼气中甲烷成分高，有利于反应器的启动。 i<WP=8>河南农业大学博士学位论文 (2) 采用间歇进料和连续进料两种方式对 IC 反应器进行启动实验，并以 UASB 反应器做对比实验。研究表明：间歇进料的方式难以培养出颗粒污泥，而在连续进料实验中，两反应器都能使污泥颗粒化，且 IC 反应器颗粒化程度比 UASB 反应器强。 (3) 实验表明，颗粒污泥形成可以分为三个时期：污泥驯化期、颗粒污泥增长期和颗粒污泥成熟期。 (4) 运行条件下的实验表明，IC 反应器可以在低浓度和高浓度下高速运行；在低浓度下可以适当提高进水流速，而在高浓度下运行时，需要降低流速；碱度在 1200~2500mg/L 之间时反应器能够正常运行，但碱度的提高会降低污泥的产甲烷活性，因此应将碱度控制在 2000mg/L 以下；悬浮物的浓度在 700mg/L 以下时不影响反应器的运行。 (5) 通过对形成颗粒污泥的扫描电镜和透视电镜的观察发现，在颗粒污泥的表面以产甲烷杆菌和产甲烷球菌为优势菌属，且不同的菌属分别生长在不同的区域里，具有生长“区域化”的特征；在表面也发现丝状菌，这表明颗粒污泥的形成与丝状菌的网络作用是有关系的；在颗粒污泥内部没有发现丝状菌的存在，产甲烷杆状菌和球菌为优势菌，有共生也有区域化生长。 (6) 本文应用颗粒污泥体积比基质去除率的概念建立了与 Monod 模式相似的颗粒污泥基质降解的动力学模型，其基本形式为 U =UmaxS ，该模 K + S型概念直观，计算方便，经统计分析表明，在置信度为 95%时，该模型与实验数据之间的相关性高度显著。

全文目录

摘要  7-9
绪论  9-18
第一章废水厌氧处理技术的发展概况及污泥颗粒化研究进展  18-46
  1 废水厌氧处理技术的发展概况  18-22
    1.1 厌氧消化机理  18-19
    1.2 厌氧废水处理工艺的研究进展  19-20
    1.3 IC 反应器的结构、原理与特性  20-22
  2 污泥颗粒化研究进展  22-43
    2.1 厌氧颗粒污泥的发现及污泥颗粒化反应器  22-23
    2.2 厌氧颗粒污泥的性质及形成机理  23-37
    2.3 厌氧颗粒污泥的培养条件  37-43
  3 问题的提出  43-46
第二章 IC 反应器处理猪粪废水启动初期的工艺条件研究  46-56
  1 材料和实验  46-49
    1.1 材料  46-48
    1.2 实验  48-49
  2 结果与分析  49-55
    2.1 污泥驯化的相关参数确定的实验  49-51
    2.2 正交实验结果  51-53
    2.3 IC 反应器和 UASB 反应器启动初期工艺条件的确定  53-55
  3 小结  55-56
第三章 IC 反应器启动过程中颗粒污泥的培养  56-95
  1 实验设备、材料和方法  56-61
    1.1 实验设备  56-59
    1.2 实验材料  59
    1.3 测定项目与方法  59-61
    1.4 实验  61
  2 结果与分析  61-93
    2.1 污泥驯化  62-63
    2.2 间歇进料方式启动实验  63-73
    2.3 连续进料方式启动实验  73-93
  3 小结  93-95
第四章 IC 反应器处理猪粪废水运行条件下颗粒污泥特性的变化特征  95-108
  1 实验材料和方法  95-96
    1.1 实验装置  95
    1.2 实验材料  95
    1.3 实验方法  95-96
  2 结果与分析  96-107
    2.1 IC 反应器稳定运行实验  97-98
    2.2 进水有机负荷的实验确定  98-103
    2.3 碱度条件的实验确定  103-104
    2.4 进水中悬浮物浓度的实验确定  104-107
  3 小结  107-108
第五章 IC反应器颗粒污泥基质降解动力学特性研究  108-119
  1 IC 反应器颗粒污泥基质降解动力学模型推导  108-114
  2 动力学参数的计算  114-118
    2.1 动力学参数计算思路  114-115
    2.2 动力学参数的计算  115-117
    2.3 动力学模型分析  117-118
  3 小结  118-119
第六章结论与建议  119-122
  1 结论  119-120
  2 建议  120-122
参考文献  122-129
英文摘要  129-131

IC反应器处理猪粪废水条件下污泥颗粒化研究

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