【摘要】：近年來，我國城市生活垃圾清運量快速增加，但一些城市垃圾無害化處理能力不足，配套設(shè)施不齊全，造成“垃圾圍城”的現(xiàn)象時有發(fā)生。污水處理廠污泥產(chǎn)量也在不斷增長，但普遍存在的污泥出路不暢已影響到污水廠的正常運行。小城鎮(zhèn)由于經(jīng)濟發(fā)展水平和相關(guān)技術(shù)人才的缺乏，垃圾和污泥處理的問題更為突出，因此，開發(fā)一種成本可接受、管理運行簡便的技術(shù)已迫在眉睫。圍繞節(jié)能減排與循環(huán)利用這一重大原則，本研究在課題組前期小試成果的基礎(chǔ)上，開發(fā)了自熱式好氧厭氧一體化反應器（SHAAI反應器），反應器由污泥倉和垃圾倉組成，二者容積根據(jù)熱量平衡要求，依據(jù)小城鎮(zhèn)生活垃圾實際產(chǎn)生量與同等規(guī)模污水處理廠污泥產(chǎn)生量的比值確定，這樣既能充分利用垃圾產(chǎn)熱為污泥厭氧消化提供溫度條件，還具有節(jié)約投資和用地，便于管理，實現(xiàn)垃圾和污泥處理區(qū)域平衡的優(yōu)勢。以大渡口區(qū)的生活垃圾及大渡口污水處理廠儲泥池的污泥為研究對象，對反應器進行了系統(tǒng)的試驗研究，取得的主要結(jié)論如下： ①開發(fā)了自熱式好氧厭氧一體化處理中試反應器，垃圾倉有效容積為5.28m3，污泥倉有效容積為0.9m3，污泥倉外室與內(nèi)室體積比為1.48:1，垃圾倉和污泥倉分別采用好氧堆肥和厭氧消化的方式開展試驗研究。 ②利用SHAAI反應器進行了啟動試驗研究，每天處理垃圾200kg，污泥投配率為10%，在啟動試驗過程中，污泥倉內(nèi)、外室溫度與垃圾倉溫度變化趨勢基本一致，而且溫度相差不大，說明垃圾倉產(chǎn)熱對污泥倉溫度變化的影響顯著，二者之間的傳熱效率較高；反應器運行穩(wěn)定，污泥倉內(nèi)pH值、堿度、VFA和SCOD等指標均在微生物適宜生存范圍之內(nèi)；污泥濃縮效果較好，排泥體積較進泥減少68%，而有機質(zhì)去除率僅為13.2%。 ③在15%、20%和25%等投配率下進行了SHAAI中試反應器處理效能的研究。結(jié)果表明：污泥倉的溫度變化趨勢與垃圾倉的基本一致，在污泥投配率為20%時，反應器的處理效能最好，污泥倉平均溫度35.2±2.5℃；在該投配率下，污泥倉內(nèi)、外室的pH值、堿度、VFA和SCOD均在厭氧菌適宜的范圍之內(nèi)，沒有出現(xiàn)酸化現(xiàn)象；反應器濃縮效果較好，含水率由進泥的98.4±0.6%降至排泥的89.7±1.8%，污泥體積減少84.5%；VS/TS由進泥的0.393±0.02減少至排泥的0.299±0.008，有機質(zhì)平均去除率為24.0±3.6%；日均產(chǎn)氣量為110L/d，其中，甲烷占氣體總體積的61.6%，二氧化碳占24.2%，氮氣占12.5%，氧氣占0.9%；隨著污泥厭氧消化過程的進行，EPS、蛋白質(zhì)和多糖含量逐漸減少，且蛋白質(zhì)/多糖在厭氧消化過程中發(fā)生了改變。 ④在各自最佳工況下，對課題組開發(fā)的兩相一體式污泥濃縮消化反應器（TISTD反應器）在恒溫加熱條件下、兩相一體式污泥濃縮消化生產(chǎn)性試驗反應器（TISTDP反應器）在常溫條件下和SHAAI反應器在自熱條件下的污泥厭氧消化處理性能進行了對比分析，結(jié)果表明：TISTD反應器溫度波動最小，濃縮效果和穩(wěn)定性最好，產(chǎn)氣中甲烷含量最高，綜合處理效能最佳；SHAAI反應器綜合處理效能次之，但和TISTD反應器非常接近；TISTDP反應器綜合處理效能相對最差。 ⑤對不同投配率下污泥倉微生物的基因組DNA進行PCR擴增和變性梯度凝膠電泳（DGGE）試驗，結(jié)果表明：擴增后的條帶清晰，亮度較高，PCR擴增效果較好，產(chǎn)物純度高；DGGE圖譜均有多個條帶，說明微生物呈多樣性分布，表明在垃圾堆肥產(chǎn)熱的條件下，SHAAI反應器污泥厭氧消化能夠維持多種微生物生長，具有較強的抗沖擊負荷能力；香農(nóng)-威納指數(shù)(H)和物種豐富指數(shù)結(jié)果表明污泥倉內(nèi)、外室微生物呈多樣性分布，且在同一投配率下，污泥倉外室物種豐富指數(shù)和香濃-維納指數(shù)均大于污泥倉內(nèi)室。 ⑥將不同投配率下反應器污泥樣品DGGE圖譜中的特異性條帶1至27進行了割膠回收、擴增、克隆和測序，并與GenBank中的序列進行比對，結(jié)果表明：在反應器穩(wěn)定運行階段，微生物種群結(jié)構(gòu)進入較長的穩(wěn)定期，優(yōu)勢種群明顯且不易更替。反應器中的優(yōu)勢菌種大部分為Clostridium acidurici等具有水解酸化功能的菌屬以及Helicobacter muridarum等鹽螺旋藻屬的厭氧菌，同源性基本都在95%以上。 ⑦論文最后對SHAAI反應器有機物去除動力學進行了分析。基于米-門公式，采用試驗數(shù)據(jù)求定了不同投配率下反應器有機物的降解動力學參數(shù)max和Ks，結(jié)果表明：當投配率為20%時，vmax達到最大，為0.025d-1，證明了最佳投配率為20%的結(jié)論；垃圾倉的溫度與污泥倉溫度呈直線相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2=0.825，說明垃圾倉溫度對污泥倉溫度造成了比較顯著的影響。 研究證實利用一體化反應器處理城鎮(zhèn)生活垃圾和污水處理廠污泥是可行的，試驗結(jié)果為SHAAI反應器的工程設(shè)計、運行和控制方面提供了較系統(tǒng)的理論和技術(shù)支撐，對推動污泥與垃圾一體化處理技術(shù)在小城鎮(zhèn)工程化應用、實現(xiàn)小城鎮(zhèn)污泥和垃圾處理的區(qū)域平衡方面具有重要意義。
【圖文】：

圖 1.1 混合堆肥的技術(shù)路線Fig.1.1. The technical line of mixed compost③混合焚燒混合焚燒是在具有富余能力的生活垃圾焚燒廠中，借助其先進的焚燒完善的尾氣處理裝置，將脫水污泥送入垃圾焚燒系統(tǒng)與生活垃圾一并處理設(shè)置專門的污泥儲存及輸送裝置，將污泥按一定的比例喂入氣化爐，實現(xiàn)垃圾混合焚燒處理。該方式實現(xiàn)了城市生活垃圾及污泥零排放，還具有綜和運行費用低、增加焚燒廠發(fā)電量的優(yōu)勢，有極高的經(jīng)濟效益。有機固體廢棄物含水率普遍較高，熱值不夠高。城市污泥中含有大量物和一定量的纖維木質(zhì)素，輕微脫水后的污泥發(fā)熱量約為 836 kJ/kg；而垃運行所需的最低熱值標準是 4500 kJ/kg，穩(wěn)定發(fā)電的熱值標準為 6000 kJ/kg④一體化協(xié)同處理一體化協(xié)同處理是將生活垃圾和污水處理廠污泥集中在一體化設(shè)備中

表 2.4 反應器各組成部分規(guī)格與功能Tab 2.4 The qualification and function of each component in reactor部位序號 部位名稱 作用與功能1 進泥管 將新鮮剩余污泥導入污泥倉外室2 過水孔 污泥外室濃縮污泥進入污泥內(nèi)室3 三相分離器 用于污泥、污水、沼氣的分離4 通氣孔 直徑為 60mm，污泥外室產(chǎn)生的氣體進入污泥內(nèi)室5 污泥攪拌槳 攪拌污泥，促使污泥充分混合，促使污泥沼氣分離6 攪拌電機 為污泥和垃圾攪拌裝置提供動力7 排水管 直徑為 65mm，排除污泥倉上清液8 排泥管 直徑為 80mm，排除污泥倉消化污泥9 滲濾液排出管 直徑為 65mm，，排除垃圾倉滲濾液圖 2.1 反應器剖面圖Fig.2.1 The Sectional Drawing of the Reactor圖 2.2 反應器實體圖Fig.2.2 The Picture of the Reactor
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2649388