abr产氢-产甲烷耦合工艺水力特性及运行效能的研究

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1、国内图书分类号：X703.1学校代码：10213国际图书分类号：628.1密级：公开硕士学位论文ABR产氢-产甲烷耦合工艺水力特性及运行效能研究硕士研究生：刘晓刚导师：丁杰教授申请学位：工学硕士学科：环境科学与工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:X703.1U.D.C:628.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONHYDRAULICCHARACTERISTICSANDOPERATIONALEFFECTIVENESSOFABRFORHYDROGEN

2、-METHANEPRODUCTIONCOUPLEDPROCESSCandidate：LiuXiao-gangSupervisor：Prof.DingJieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：EnvironmentalScience&EngineeringAffiliation：SchoolofMunicipal&EnvironmentalEngineeringDateofDefence：July,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnolo

3、gy哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要有机废水生物产氢-产甲烷技术以其能源回收率高、稳定性好、可实现废水资源化等优势，成为解决当前能源需求与环境问题的重要途径之一。有机废水生物产氢-产甲烷技术实现产业化的关键在于如何提高系统产氢-产甲烷能力，降低生产成本。ABR反应器结合了有机废水厌氧发酵理论与分阶段多相厌氧生物处理思想，用于生物产氢-产甲烷具有显著优势。目前，利用ABR反应器进行产氢-产甲烷的研究报道较少，开展ABR反应器水力特性及运行效能研究，以获得较高的微生物持有量和能源回收率，对于产氢-产甲烷耦合工艺的推广具有重要意义。本文采用改进型ABR反应器进行产氢-产甲烷耦合工艺的研究，

4、探讨了反应器内部的流动特性，考察了产氢-产甲烷耦合工艺的启动特性，并进一步研究了有机负荷对产氢-产甲烷耦合工艺运行效能的影响。通过分子生物学的方法，初步解析了ABR反应器不同格室微生物群落结构的演替规律。ABR反应器内的流体力学特性直接影响到生物量和微生物与基质的混合程度，影响反应器的运行效能。针对传统ABR反应器布水不均、污泥截留能力较弱等缺点，通过增加挡板和改进布水区对其进行改良，并采用FLUENT软件对改进型ABR反应器单格室进行泥水两相数值模拟，结果表明当废水以0.12m/h的上升流速流经反应器，格室内增加挡板使反应器内返混效果明显增强，具有更高的污泥截留能力，可保持较高的微生

5、物持有量。在反应器高度0.13～0.20m范围内，改进型ABR反应器的污泥相体积分率高于传统型ABR，0.25～0.29m范围内，改进型ABR反应器污泥相体积分率明显低于传统型ABR，其它范围内二者基本相同。以糖蜜废水为底物研究改进型ABR反应器的启动策略，在HRT为28h，温度33(35±1)℃条件下，容积负荷从初始1.71kgCOD/(m·d)提高到5.13kgCOD/(m·d)，ABR产氢-产甲烷耦合工艺可在85d内完成启动，COD去除率稳定在77.6%左右，气体产量达134.74L/d。产氢段COD去除率保持在24%左右；出水pH值为4.7～5.0，液相末端产物中乙酸和丁酸分别

6、为521.52mg/L、517.34mg/L，占总量的3365.72%，呈丁酸型发酵；气体产量平均为0.449m/(m·d)，氢气含量为34.6%。产甲烷段COD去除率稳定在50%～55%，出水pH值约为7.0，气体产量平均为332.4m/(m·d)，甲烷含量为58.3%。进一步研究ABR产氢-产甲烷耦合工艺的运行特性。研究发现，进水COD浓度为7000～10000mg/L，HRT从32h缩短到20h，COD去除率稳定在81%～85%，出水pH、VFAs浓度变化不大。进水浓度为7000mg/L，HRT为24h时反应器污泥-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文浓度达到最大，系统能源回收率最

7、高，产氢段、产甲烷段和系统能源回收效率分别为3.24%、76.9%及80.14%。采用PCR-DGGE技术对系统内微生物种类及沿程变化规律进行分析。结果表明：ABR反应器具有很好的相分离效果，各格室内形成了各自的优势菌群。产氢段优势种群为：Pseudomonassp.和Clostridiumbutyricumstrain，产甲烷段优势种群为：Alphaproteobacterium、Unculturedbacteriumclone、Uncult