污泥濃縮消化一體化反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與中試研究.pdf

1、隨著城市污水產(chǎn)生量的增長(zhǎng)和處理率的提高，污水廠污泥伴生的環(huán)境問(wèn)題日漸突出。論文在全面綜述國(guó)內(nèi)外污泥處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)污泥處理過(guò)程繁瑣、建設(shè)和運(yùn)行成本高是造成污泥處理率低下的最主要原因，認(rèn)為開(kāi)發(fā)一種融合污泥濃縮、污泥消化于一體的簡(jiǎn)易多功能污泥處理技術(shù)不僅可以簡(jiǎn)化污泥處理流程，而且可以解決污泥處理成本高的技術(shù)難題。為了解決污泥濃縮消化一體化反應(yīng)技術(shù)工程應(yīng)用中存在的問(wèn)題，論文在課題組前期小試研究成果的基礎(chǔ)上，以重慶市雞冠石污水廠為試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

2、、對(duì)兩相一體式污泥濃縮消化反應(yīng)器(TISTD)進(jìn)行了中試試驗(yàn)研究。研究?jī)?nèi)容包括：以TISTD小試反應(yīng)器為基礎(chǔ)，用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)FLUENT軟件對(duì)TISTD小試反應(yīng)器進(jìn)行流態(tài)分析和優(yōu)化研究；根據(jù)流態(tài)相似原理進(jìn)行TISTD中試反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和中試反應(yīng)器流態(tài)特性研究；最后以重慶市雞冠石污水廠二沉回流污泥為研究對(duì)象，按照中試規(guī)模對(duì)TISTD反應(yīng)器的運(yùn)行效能和動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究。取得的主要成果有：
　　 ①以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)FLUENT

3、軟件為基礎(chǔ)，建立了TISTD反應(yīng)器的物理模型；建立了對(duì)反應(yīng)器進(jìn)泥管、出水管、排泥管、內(nèi)循環(huán)管、沼氣循環(huán)管等構(gòu)件進(jìn)行網(wǎng)格加密、對(duì)近壁面進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化的TISTD反應(yīng)器四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分模式；確定了TISTD反應(yīng)器的計(jì)算流體力學(xué)數(shù)學(xué)模型，建立了與TISTD反應(yīng)器匹配的計(jì)算流體力學(xué)邊界條件和初始條件，為反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。
　　 ②采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)FLUENT軟件對(duì)TISTD小試裝置的流場(chǎng)進(jìn)行了模擬和優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)TIST

4、D反應(yīng)器小試裝置存在外反應(yīng)室進(jìn)泥短流及內(nèi)反應(yīng)室循環(huán)不均勻等流態(tài)問(wèn)題。論文針對(duì)TISTD反應(yīng)器流態(tài)問(wèn)題，提出了如下改進(jìn)建議：改變進(jìn)泥管的位置、在內(nèi)外反應(yīng)室隔板上部開(kāi)設(shè)連通孔、調(diào)整上下連通孔的尺寸、將內(nèi)循環(huán)管調(diào)整成為一個(gè)整體、調(diào)整內(nèi)循環(huán)管出口高度、調(diào)整內(nèi)循環(huán)管尺寸等?；趯?shí)現(xiàn)較為理想流態(tài)需要對(duì)反應(yīng)器多部位進(jìn)行調(diào)整的具體情況，論文還采用5因素4水平的L16(45)正交試驗(yàn)方法、以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)即流速方差加權(quán)平均值、總動(dòng)能和平均湍流強(qiáng)度作為

5、考核指標(biāo)探尋了反應(yīng)器各構(gòu)件的最佳組合方式，為反應(yīng)器中試裝置的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　 ③論文根據(jù)流態(tài)模擬及優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了TISTD反應(yīng)器中試裝置的設(shè)計(jì)；并根據(jù)中試試驗(yàn)基地的情況，建立了TISTD中試試驗(yàn)系統(tǒng)。針對(duì)中試裝置采用沼氣回流攪拌方式的特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了氣體回流量對(duì)TISTD反應(yīng)器內(nèi)、外反應(yīng)室流態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)：沼氣氣體回流量從0L·min-1增加到12L·min-1的過(guò)程中，反應(yīng)器的流態(tài)從偏向活塞流到偏向混合流發(fā)展；當(dāng)氣體回流

6、為12L·min-1時(shí)，完全混合流態(tài)勢(shì)最強(qiáng)；研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)泵入進(jìn)樣方式賦予了進(jìn)泥一個(gè)不可忽略的初始速度，將對(duì)外反應(yīng)室流態(tài)產(chǎn)生沖擊，不利于污泥的濃縮；但是，泵回流污泥卻有利于提高內(nèi)反應(yīng)室污泥的混合流態(tài)。
　　 ④采用逐漸培養(yǎng)法成功啟動(dòng)了TISTD中試反應(yīng)器。啟動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果表明，在35±2℃、投配率為10％的條件下，經(jīng)過(guò)大約55天的啟動(dòng)運(yùn)行，TISTD中試反應(yīng)器內(nèi)各項(xiàng)指標(biāo)趨于穩(wěn)定。啟動(dòng)運(yùn)行期間未出現(xiàn)酸化現(xiàn)象。論文在分析厭氧體系中污泥基

7、質(zhì)降解進(jìn)程時(shí)發(fā)現(xiàn)，在剩余污泥的兩相厭氧消化中，污泥基質(zhì)釋放的NH3對(duì)維持反應(yīng)器pH、堿度以及反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
　　 ⑤論文進(jìn)一步研究了TISTD中試反應(yīng)器的處理效能。發(fā)現(xiàn)在污泥投配率為24％、溫度33～35℃時(shí)，污泥的產(chǎn)氣率最高，可以達(dá)到340L/KgVSS，產(chǎn)氣中CH4含量大于60％。經(jīng)過(guò)TISTD中試反應(yīng)器處理的污泥VS/TS下降了22％左右，處理后污泥的有機(jī)質(zhì)含量極低，約21％，含水率約90％，污泥體積僅為原

8、污泥1/10，污泥的濃縮消化效果明顯。
　　 ⑥論文初步研究了反應(yīng)器溫度對(duì)污泥處理效能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)溫度維持在33～35℃時(shí)，反應(yīng)器運(yùn)行良好，產(chǎn)氣量約300L/d；當(dāng)反應(yīng)器溫度下降到32℃，產(chǎn)氣量開(kāi)始有明顯下降，降幅達(dá)1/3；當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溫度下降到30℃，產(chǎn)氣量急劇下降，降幅超過(guò)2/3；一旦反應(yīng)器溫度低于28℃后，產(chǎn)氣過(guò)程基本停止。論文還對(duì)反應(yīng)器的運(yùn)行能耗進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器耗能與生污泥溫度直接相關(guān)，當(dāng)生污泥溫度高于25℃

9、時(shí)，能耗約15Kwh/m3左右；當(dāng)生污泥溫度低于18℃時(shí)，能耗將超過(guò)40Kwh/m3。
　　 ⑦論文最后對(duì)TISTD反應(yīng)器有機(jī)物去除動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。基于米-門(mén)公式，采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)求定了中試反應(yīng)器有機(jī)物的降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)Ks、Vmax。通過(guò)對(duì)不同投配率下有機(jī)物降解速率與產(chǎn)甲烷速率關(guān)系的研究，得到TISTD反應(yīng)器的甲烷產(chǎn)率系數(shù)y＝0.3614mL/mg，該值與理論值0.35mL/mg接近，說(shuō)明該研究得到的中試裝置設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行狀態(tài)良好