剩余污泥與玉米秸稈的共發(fā)酵產酸性能及其數學模型研究.pdf

1、剩余污泥中含有大量有機物,其水解酸化過程不僅能實現污泥減量,而且能夠產生高附加值的代謝產物—揮發(fā)性脂肪酸,將污泥水解產生的揮發(fā)酸作為碳源應用于生物脫氮除磷工藝,可以顯著提高脫氮除磷效率。但是剩余污泥的碳氮比(C/N)較低,不利于厭氧微生物代謝,因此本研究以玉米秸稈作為外碳源,與剩余污泥共發(fā)酵,通過調節(jié)發(fā)酵體系的碳氮比,來提高剩余污泥的厭氧發(fā)酵產酸效能。并基于厭氧消化一號模型(ADM1)建立共發(fā)酵體系在半連續(xù)流實驗中厭氧消化過程的動力學模

2、型,對水解產酸進行模擬、預測并進一步分析投加秸稈對剩余污泥發(fā)酵產酸的促進作用。
　　為確定最佳的玉米秸稈投加比例,開展了一組中溫厭氧靜態(tài)發(fā)酵試驗,結果表明,玉米秸稈投加比例為1:2gVSS秸稈/gVSS污泥時,對剩余污泥產酸的促進作用最大,揮發(fā)酸最大積累量提高了20.2％,而投加比例為1:1的試驗組只提高了14.5%,1:3,1:4試驗組對污泥產酸的影響非常小,且投加比為1:2時單位質量秸稈對揮發(fā)酸產量增加量的貢獻值最大。靜態(tài)試驗

3、數據還顯示玉米秸稈的投加能夠一定程度地促進剩余污泥的水解,增加污泥體系中產酸底物的濃度,從而能夠顯著地提高揮發(fā)酸的積累量,并且提高揮發(fā)酸中乙酸比例,降低戊酸和丁酸的比例。
　　利用靜態(tài)試驗獲得的最佳投加比例,啟動運行了半連續(xù)流小試發(fā)酵反應器,考查在不同SRT運行條件下,污泥秸稈共發(fā)酵體系的水解和產酸效能,結果發(fā)現:SRT為10d,8d和5d三個階段穩(wěn)定期的平均揮發(fā)酸濃度分別為8767.2mgCOD/L,8887.7mgCOD/L和

4、8239.8mgCOD/L,單位質量(以污泥可揮發(fā)性固體質量計)污泥投入對應的揮發(fā)酸產率分別為0.39、0.41、0.42g揮發(fā)酸/g污泥。SRT為3d時,體系崩潰。從不同階段的揮發(fā)酸含量和產率的變化規(guī)律可以看出,超聲污泥和玉米秸稈共發(fā)酵體系在半連續(xù)流發(fā)酵試驗中能夠獲得穩(wěn)定的產酸效果,且揮發(fā)酸產量較為可觀。反應器最優(yōu)運行SRT為5d,能承受較高的有機物負荷,具有一定的應用前景和開發(fā)價值。
　　在ADM1模型基礎上,根據試驗條件和底

5、物特性提出假設,建立了污泥-秸稈共發(fā)酵體系在半連續(xù)流反應器中厭氧消化過程的動力學模型,通過靈敏度分析甄選出模型中的關鍵參數,并利用靜態(tài)發(fā)酵試驗中秸稈比例為1:2試驗組的試驗數據擬合求解,完成模型的參數校正。利用半連續(xù)流試驗數據對模型進行檢驗,結果各組分模擬誤差均在5%以內,模擬數據總體上與實測值變化趨勢吻合,證明模型能夠模擬共發(fā)酵體系的厭氧水解產酸變化過程。
　　利用所獲得的動力學模型,對靜態(tài)厭氧發(fā)酵空白組和試驗組試驗數據進行參數