城市污水厂污泥与餐厨垃圾共同厌氧消化的实验研究

论文总字数：30260字

摘 要

厌氧消化是污水污泥和餐厨垃圾处理的重要技术之一，可以有效地实现“稳定化、资源化、无害化”的处理。由于污泥中泥沙含量高、有机质含量偏低、存在重金属物质，而餐厨垃圾含有大量盐分，单独厌氧消化不能取得良好的消化效果。近年来，研究人员针对污泥和餐厨性质互补的特点，对污泥和餐厨垃圾共同厌氧消化开展了众多的研究，发现可以取得良好的消化效果，并可以实现对产生的沼气的利用，但大部研究采用中温厌氧消化，存在厌氧消化处理时间长，厌氧消化效果提升不大等问题。针对这一问题，本课题采用半连续高温厌氧消化培养方法，采用2%含固率污泥和餐厨垃圾，探究不同污泥和餐厨配制比例下的厌氧消化特性。研究发现，在厌氧消化过程中，厌氧消化系统中的pH值、碱度含量均处在合理的范围内，氨氮含量和挥发性脂肪酸含量均处于较低水平。在污泥与餐厨配比为5:5时，厌氧消化效果最佳，甲烷产率达到293.1 mL/g VS，污泥单位处理成本也最低，为78.3元/吨80%含水率污泥。

关键字：污水污泥，餐厨垃圾，高温，共同厌氧消化，甲烷产率，污泥处理成本

ABSTRACT

Anaerobic digestion is one of the important technologies for the treatment of sewage sludge and food waste, which can effectively achieve the treatment of “stabilization, resource and harmlessness”. Due to the high sediment content , low organic matter content, heavy metal substance in the sludge, and the food waste contains a large amount of salt, anaerobic digestion alone can not achieve good digestion. In recent years, researchers have carried out numerous researches on the common anaerobic digestion of sludge and food waste for the complementary characteristics of sludge and food waste utensils, and found that good digestion results can be achieved, and the utilization of biogas generated can be realized. However, most of the research uses medium-temperature anaerobic digestion, and there are problems such as long anaerobic digestion treatment and little improvement in anaerobic digestion. In response to this problem, the subject uses a semi-continuous high-temperature anaerobic digestion culture method, using 2% solids sludge and food waste to explore the anaerobic digestion characteristics of different sludge and food waste cooking ratios. The study found that in the anaerobic digestion process, the pH and alkalinity of the anaerobic digestion system were within a reasonable range, and the ammonia nitrogen content and volatile fatty acid content were at a low level. When the ratio of sludge to food waste is 5:5, the anaerobic digestion effect is the best, the methane yield reaches 293.1 mL/g VS, and the sludge unit treatment cost is also the lowest, which is 78.3 yuan/ton 80% moisture sludge.

KEY WORDS: Sewage sludge，food waste，high temperature，synergistic anaerobic digestion，methane yield，sludge treatment cost

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 污泥的来源与性质 1

1.1.1 污泥的来源 1

1.1.2 我国城镇污泥性质 1

1.2 污泥厌氧消化 2

1.2.1 厌氧消化技术 2

1.2.2 厌氧消化反应原理 3

1.2.3 影响厌氧消化的主要因素 3

1.2.4 污泥厌氧消化存在的问题 5

1.3 餐厨垃圾 6

1.3.1 餐厨垃圾的来源 6

1.3.2 餐厨垃圾的性质 6

1.3.3 餐厨垃圾的处理技术 7

1.4 污泥和餐厨共同厌氧消化 8

1.4.1污泥和餐厨共同厌氧消化研究进展 8

1.4.2污泥和餐厨共同厌氧消化优势 9

1.5 课题研究内容 9

1.5.1 研究目的与意义 9

1.5.3 研究内容 10

第二章 实验设备及实验方法 11

2.1 实验材料 11

2.1.1 污水污泥 11

2.1.2 餐厨垃圾 11

2.2 实验仪器与装置 11

2.2.1 实验仪器与设备 11

2.2.2 实验装置 12

2.3 实验方法 13

2.3.1 污泥和餐厨配置方法 13

2.3.2 污泥和餐厨厌氧消化培养方法 13

2.4测量指标及方法 14

2.4.1 总固体与总挥发性固体 14

2.4.2 甲烷含量和沼气产量 14

2.4.3 pH值 14

2.4.4 氨氮 15

2.4.5 碱度 15

2.4.6 总化学需氧量（COD） 16

2.4.7 挥发性脂肪酸（VFA） 17

第三章 污泥和餐厨共同厌氧消化实验结果 19

3.1 污泥厌氧消化驯化培养 19

3.1.1 甲烷产量和总产气量 19

3.1.2 pH值 19

3.2 污泥和餐厨垃圾高温共同厌氧消化培养 20

3.2.1 总固体与总挥发性固体 20

3.2.2 甲烷含量和总产气量 22

3.2.3 pH值 23

3.2.4 氨氮 23

3.2.5 碱度 24

3.2.6 总化学需氧量（COD） 25

3.2.7 挥发性脂肪酸(VFA) 25

3.3本章小结 26

第四章 经济性估算 27

4.1 计算条件与假设 27

4.2 不同能量收支情况 28

4.3 污泥与餐厨高温厌氧消化运行成本分析 30

4.4 本章小结 31

第五章 结论 32

5.1 本课题主要结论 32

5.2 后续工作及展望 32

参考文献 34

致 谢 36

第一章 绪论

1.1 污泥的来源与性质

1.1.1 污泥的来源

污水处理构筑物会分离或截留一定量的沉淀物质，这些沉淀物质就构成了污泥。污水厂产生的污泥主要有两部分，一部分是初次沉淀池产生的，叫初沉污泥。里面主要是大量的泥沙颗粒，还有一些动植物的躯体残留物。另一部分是剩余污泥，剩余污泥由活性污泥反应池产生、二沉池沉淀分离得到，里面主要是大量微生物形成的菌胶团，还存在有一些重金属元素，例如Cu、Hg、Zn、Cr，还有一些对人体健康造成危害的病原微生物和寄生虫卵^[1]。从本质上来说，污泥来源于污水中，是污水处理过程中没有去除掉的物质的集合体，污泥成分复杂，含有各种各样的污染物，这些污染物没有转变为其他物质从污水中去除，只是转换了存在形式，从污水中分离出来到污泥中。

因为当地污水水质不同，以及污水处理厂污水处理工艺的差异，所以会产生不同性质的污泥，详见表1-1。

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