玉米秸秆预处理及与剩余污泥混合厌氧消化研究

【摘要】：厌氧消化是实现剩余污泥和农作物秸秆资源化的有效方法之一，但剩余污泥和农作物秸秆单独作为消化原料存在着C/N偏低或偏高以及有机物不易被利用的缺点。为了提高厌氧消化效率，在秸秆厌氧消化前常采用预处理的方法改变秸秆的结构，并将秸秆与剩余污泥混合厌氧消化来提高厌氧消化的产气量。本试验研究了NaOH、氨水和水对玉米秸秆的预处理效果，以及预处理后的玉米秸秆浸泡液与剩余污泥混合作为消化原料对厌氧消化反应的促进作用。 预处理试验中，在单因素试验的基础上，采用Box-Benhnken设计，选取秸秆尺寸、药剂浓度和预处理时间为工艺考察参数，对玉米秸秆NaOH和氨水预处理溶出SCOD和还原糖进行了响应面法优化；厌氧消化试验中研究了不同投配率及玉米秸秆和剩余污泥不同的混合比例对厌氧消化过程中日产气量、VS去除率、去除单位VS产气量的影响。 预处理试验结果表明，NaOH溶液处理效果最佳，最佳工艺条件为：秸秆尺寸：30目；NaOH溶液浓度：4%；预处理时间：48h。经处理后的秸秆浸泡液中SCOD和还原糖浓度分别为41944mg/L和25.8 mg/L，秸秆中纤维素含量提高到59.4～68.2%，木质素含量下降到5.4～16.5%。 连续进样试验结果表明，4%、5%和8%三个投配率下，水预处理后的玉米秸秆与剩余污泥(干物质)以1:1.2的混合比例（质量比）进行厌氧消化的效果较佳，该条件下厌氧消化去除单位VS产气量和VS去除率较剩余污泥单独厌氧消化分别提高了20～50%和1～7倍。三种投配率下，水预处理后的玉米秸秆与剩余污泥混合厌氧消化比较的结果表明，8%投配率下的厌氧效果最佳，该条件下，去除单位VS产气量为430 ml/gVS左右，VS去除率为60%左右。厌氧消化批式试验结果同样表明水预处理后的玉米秸秆与剩余污泥(干物质)以1:1.2的混合比例（质量比）进行厌氧消化的效果最佳，该条件下的厌氧消化累积产气量为6557ml，单位干物质产气量为210.2 ml/gTS，产气持续时间达到了35d以上，产气中CH4比例达到了60.6%。 试验结果表明，玉米秸秆和剩余污泥厌氧消化可调节剩余污泥的C/N比，提高厌氧消化的效率。NaOH溶液处理后的秸秆浸泡液与剩余污泥混合厌氧消化可以使产气高峰时间提前，但是反应器中过高的Na+浓度对厌氧消化反应产生不利影响。 【关键词】：玉米秸秆 剩余污泥 预处理 厌氧消化
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 污泥和农作物秸秆的厌氧消化处理9-12
• 1.2.1 厌氧消化技术的优点9-10
• 1.2.2 污泥和农作物秸秆厌氧消化的影响因素10-12
• 1.3 农作物秸秆预处理技术12-16
• 1.3.1 化学方法13-14
• 1.3.2 物理方法14-15
• 1.3.3 生物方法15-16
• 1.4 污泥、农作物秸秆与其它物质混合处理研究综述16-18
• 1.4.1 污泥与农作物秸秆混合堆肥研究综述16-17
• 1.4.2 污泥、农作物秸秆与其它物质混合厌氧消化研究综述17-18
• 1.5 研究目的及主要内容18-19
• 第二章 试验材料与方法19-25
• 2.1 污泥和秸秆来源19
• 2.2 试验装置19-20
• 2.2.1 预处理装置19
• 2.2.2 厌氧消化装置19-20
• 2.3 试验方法20-23
• 2.3.1 玉米秸秆预处理方法20-22
• 2.3.2 玉米秸秆浸泡液与城市污泥混合厌氧消化试验方法22-23
• 2.4 分析项目和测定方法23-25
• 第三章 玉米秸秆NaOH 预处理的响应面法优化25-35
• 3.1 NaOH 预处理单因素试验25-26
• 3.1.1 不同秸秆尺寸对玉米秸秆溶出SCOD 和还原糖的影响25
• 3.1.2 不同 NaOH 溶液浓度对玉米秸秆溶出SCOD 和还原糖的影响25-26
• 3.1.3 不同预处理时间对玉米秸秆溶出SCOD 和还原糖的影响26
• 3.2 NaOH 预处理响应面试验26-32
• 3.2.1 响应面试验结果27-28
• 3.2.2 模型的建立及方差分析28-32
• 3.3 模型的验证32
• 3.4 模型交互项分析32-34
• 3.4.1 秸秆尺寸与药剂浓度的影响及交互作用分析32-33
• 3.4.2 秸秆尺寸与预处理时间的影响及交互作用分析33-34
• 3.4.3 药剂浓度与预处理时间的影响及交互作用分析34
• 3.5 本章小结34-35
• 第四章 玉米秸秆氨水预处理的响应面法优化35-51
• 4.1 氨水预处理单因素试验35-36
• 4.1.1 不同秸秆尺寸对玉米秸秆溶出SCOD 和还原糖的影响35
• 4.1.2 不同氨水浓度对玉米秸秆溶出SCOD 和还原糖的影响35-36
• 4.1.3 不同预处理时间对玉米秸秆溶出SCOD 和还原糖的影响36
• 4.2 氨水预处理响应面试验36-42
• 4.2.1 响应面试验结果37-38
• 4.2.2 模型的建立及方差分析38-42
• 4.3 模型的验证42-43
• 4.4 模型交互项分析43-47
• 4.4.1 秸秆尺寸与药剂浓度的影响及交互作用分析43-45
• 4.4.2 秸秆尺寸与预处理时间的影响及交互作用分析45-46
• 4.4.3 药剂浓度与预处理时间的影响及交互作用分析46-47
• 4.5 NaOH、氨水和水预处理效果比较47-50
• 4.5.1 NaOH 溶液、氨水和水预处理下浸泡液SCOD 浓度的比较47-48
• 4.5.2 NaOH 溶液、氨水和水预处理下浸泡液还原糖浓度的比较48
• 4.5.3 NaOH 溶液、氨水和水预处理对玉米秸秆成分的影响48-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 玉米秸秆与剩余污泥混合厌氧消化试验51-70
• 5.1 连续进样试验51-60
• 5.1.1 4%投配率下厌氧消化试验51-55
• 5.1.2 5%投配率下厌氧消化试验55-57
• 5.1.3 8%投配率下厌氧消化试验57-60
• 5.2 不同投配率下水预处理反应器厌氧消化效果比较60-61
• 5.3 批式试验61-68
• 5.3.1 秸秆与剩余污泥不同混合比例对产气量的影响61-63
• 5.3.2 各反应器内挥发性脂肪酸(VFA)浓度的变化63-66
• 5.3.3 各反应器产气组分的组成66-68
• 5.4 本章小结68-70
• 第六章 结论与建议70-72
• 6.1 结论70
• 6.2 建议70-72
• 参考文献72-77
• 发表论文和科研情况说明77-78
• 附录78-82
• 致谢82

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