剩余污泥與玉米秸稈的共發(fā)酵產(chǎn)酸性能及其數(shù)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(xiàn)污泥減量,而且能夠產(chǎn)生高附加值的代謝產(chǎn)物—揮發(fā)性脂肪酸,將污泥水解產(chǎn)生的揮發(fā)酸作為碳源應(yīng)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(diào)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jié)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(chǎn)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(chǎn)酸的影響非常小,且投加比為1:2時單位質(zhì)量秸稈對揮發(fā)酸產(chǎn)量增加量的貢獻值最大。靜態(tài)試驗

3、數(shù)據(jù)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(chǎn)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(yīng)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(chǎn)酸效能,結(jié)果發(fā)現(xiàn):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(zhì)量(以污泥可揮發(fā)性固體質(zhì)量計)污泥投入對應(yīng)的揮發(fā)酸產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)酸效果,且揮發(fā)酸產(chǎn)量較為可觀。反應(yīng)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(yīng)用前景和開發(fā)價值。
　　在ADM1模型基礎(chǔ)上,根據(jù)試驗條件和底

5、物特性提出假設(shè),建立了污泥-秸稈共發(fā)酵體系在半連續(xù)流反應(yīng)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(guān)鍵參數(shù),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(shù)據(jù)擬合求解,完成模型的參數(shù)校正。利用半連續(xù)流試驗數(shù)據(jù)對模型進行檢驗,結(jié)果各組分模擬誤差均在5%以內(nèi),模擬數(shù)據(jù)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(chǎn)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(shù)據(jù)進行參數(shù)