厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行與在線監(jiān)測.pdf

1、厭氧生物處理技術(shù)在去除污染物的同時生成氫氣或者甲烷，具有廣闊的應(yīng)用前景。但厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，限制了它的推廣應(yīng)用。因此，很有必要實(shí)現(xiàn)對厭氧反應(yīng)器的在線監(jiān)測。但目前尚缺少針對厭氧反應(yīng)器的實(shí)用檢測方法和技術(shù)。 本論文以上流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器為對象，研究了有機(jī)廢水連續(xù)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫工藝特性，優(yōu)化了系統(tǒng)的主要工藝參數(shù)；以監(jiān)測和優(yōu)化厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的運(yùn)行為目的，分別研發(fā)出了液相產(chǎn)物的監(jiān)測系統(tǒng)和氣相產(chǎn)物的監(jiān)測系

2、統(tǒng)，并對厭氧反應(yīng)器的預(yù)警因子及其機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的探索。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 1、研究了pH和水力停留時間(HRT)對連續(xù)流產(chǎn)氫UASB反應(yīng)器的液相產(chǎn)物和氫氣產(chǎn)生的影響。研究表明：液相產(chǎn)物中以丁酸和乙酸為主，己酸和戊酸在某些pH值下含量較高：在pH=7.0和9.0時氫氣產(chǎn)率較高，說明反應(yīng)器中存在對堿性環(huán)境較為適應(yīng)的產(chǎn)氫微生物；通過熱力學(xué)分析解析了戊酸和己酸的生成途徑，發(fā)現(xiàn)在戊酸和己酸的生成過程中，氫氣作為反應(yīng)物而被消耗，以致

3、H<,2>產(chǎn)率的降低，因此應(yīng)改變反應(yīng)器的運(yùn)行條件以減少戊酸和己酸的生成；在HRT從30h逐漸降到3h的過程中，氫氣的分壓和產(chǎn)率變化不明顯，液相產(chǎn)物以丁酸為主，底物降解效率保持在92％以上，說明HRT對產(chǎn)氫反應(yīng)器的影響并不明顯。 2、將產(chǎn)氫UASB反應(yīng)器的底物由蔗糖改變?yōu)槿樘呛?，氫氣的分壓和氫氣產(chǎn)率出現(xiàn)明顯的下降，同時己酸濃度迅速降低，乙酸和丙酸含量顯著升高，高的乙酸產(chǎn)率對氫氣的生成并沒有做出貢獻(xiàn)，證明反應(yīng)器中同型產(chǎn)乙酸反應(yīng)的存

4、在。 3、以UASB反應(yīng)器的液相產(chǎn)物為監(jiān)測對象，設(shè)計并研制了基于單片機(jī)、放大器、數(shù)據(jù)采集芯片的pH電極信號的數(shù)據(jù)采集和控制電路，研發(fā)了基于步進(jìn)電機(jī)、精密滴定管和精密平移臺的精密滴定裝置，編寫了基于Visual Basic語言的用于自動滴定的用戶界面程序；將三者有機(jī)接合在一起，構(gòu)建了用于測定厭氧反應(yīng)器揮發(fā)性有機(jī)酸VFA濃度和堿度的自動滴定系統(tǒng)；將該系統(tǒng)應(yīng)用于兩步滴定法和五點(diǎn)滴定法的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)滴定結(jié)果與氣相色譜測定結(jié)果具有較好的相

5、關(guān)性，測試結(jié)果證明該系統(tǒng)的具有良好的精密度和重現(xiàn)性；根據(jù)酸堿平衡理論，推導(dǎo)出用于VFA、碳酸鹽和磷酸鹽滴定的六點(diǎn)滴定模型，并通過滴定實(shí)驗(yàn)證明該模型對VFA和碳酸鹽的測定結(jié)果優(yōu)于兩步法和五點(diǎn)法；該系統(tǒng)也能夠用于對磷酸鹽的測定。 4、以UASB反應(yīng)器的氣相產(chǎn)物為監(jiān)測對象，基于紅外氣體傳感器和數(shù)據(jù)采集器，并通過Visual Basic編程，構(gòu)建了反應(yīng)器主要?dú)庀喈a(chǎn)物CH<,4>和CO<,2>的在線監(jiān)測系統(tǒng)；利用該系統(tǒng)對UASB產(chǎn)甲烷反

6、應(yīng)器進(jìn)行了監(jiān)測和分析，結(jié)果表明該系統(tǒng)可以連續(xù)精準(zhǔn)、穩(wěn)定地測定反應(yīng)器中CO<,2>和CH<,4>的實(shí)時濃度，能夠連續(xù)準(zhǔn)確地反映厭氧反應(yīng)器的產(chǎn)氣狀態(tài)。 5、集成本研究研發(fā)的液相VFA滴定系統(tǒng)和氣相CH<,4>和CO<,2>監(jiān)測系統(tǒng)，分析了底物濃度負(fù)荷和水力負(fù)荷對產(chǎn)甲烷UASB反應(yīng)器的影響。當(dāng)進(jìn)水濃度負(fù)荷達(dá)到25 g/L COD后，UASB反應(yīng)器開始出現(xiàn)“酸敗”現(xiàn)象：VFA滴定系統(tǒng)監(jiān)測到了VFA的積累過程，但此時CH<,4>/CO<