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污泥热解可实现污泥的减量化、无害化和资源化利用。相对于燃烧和气化而言,热解过程产生的气体可燃且具有高热值;残炭具有多孔结构,可作为吸附剂或催化剂的原料;但热解液态产物中,除水分之外,还包含各种易溶于水和难溶于水的有机物,有难闻的气味和一定的生物毒性,无法直接作为燃料或化学产品被利用。因此,急需寻找更为有效的热解液资源化利用和降解技术,以实现污泥热解工艺的优化与大规模应用。
厌氧发酵是降解有机物经济而有效的手段。本研究尝试采用厌氧发酵的方法降解污泥热解液。首先,通过考察250~550℃热解温度下污泥热解液的产量和成分,探讨其通过发酵进行降解的可能性;同时选取常用热解温度下(450℃)的热解液,在中温35℃水浴条件下,与沼液、米饭、牛粪等混合进行厌氧发酵,探究不同工况下热解液的发酵特性。随后比较了250、350、450和550℃热解液接种后在55℃水浴条件下的单独厌氧发酵行为;最后研究了250、350、450和550℃热解液与牛粪混合后厌氧发酵的可行性和发酵特性。主要研究结果如下:
1)研究了250~550℃条件下,污泥热解液的产率、成分和理化性质。结果显示,热解液的产率受热解温度的影响不大。随着热解温度升高,热解液产率呈递增趋势,但增幅较小,最高累计增幅仅为4.22%。
2)研究了在中温35℃水浴、用沼液接种的条件下,450℃的热解液与剩余米饭和牛粪的混合厌氧发酵特性。结果显示,接种后的热解液难以直接发酵产气;与剩余米饭混合发酵时,热解液抑制了米饭的发酵;与牛粪混合发酵时,热解液也抑制牛粪的产气效果,且随着热解液量增加,抑制作用加剧。因此,450℃热解液不能在35℃的条件下实现厌氧发酵。
3)研究了250~550℃热解液高温55℃水浴条件下单独厌氧发酵实验。结果显示,热解液能够被厌氧降解,产生少量沼气(累计7.4~10.8mL/g),且不同温度热解液的产气效果不同;350℃热解液发酵产气效果略优。
4)以250℃热解液为例,研究了热解液与牛粪按不同比例(5/80,10/80,15/80;g/g)混合进行高温共厌氧发酵的特性。结果显示,各混合发酵组累计产气量均少于牛粪单独厌氧发酵组,证明250℃热解液对牛粪的厌氧发酵产生了抑制作用;并且随着热解液量的增加,抑制作用加强。但是10/80组后期产气量略高于5/80组,证明菌种对热解液的毒性有一定的适应能力。
5)研究了250~550℃热解液与牛粪定比例混合高温厌氧发酵的特性。结果显示,混合厌氧发酵比热解液单独厌氧发酵反应稳定,350℃热解液与牛粪混合累计产气量达116.42mL/gVS,略高于纯牛粪对照组(110.36mL/g VS);其余各组均低于牛粪单独发酵,依次为550℃组、450℃组和250℃组。550℃组的总挥发性脂肪酸降解程度最大,降幅达1274mg/L,证明热解液中的有机物得到了有效降解。
综上所述,厌氧发酵是一种可行的处理污泥热解液的方法。热解液与牛粪以较小比例混合实现厌氧发酵处理,有利于热解液中有机物的分解,也能获得能源。从产气量和有机物降解情况来看,350℃热解液最适合进行混合批式厌氧发酵处理。推荐发酵工况为高温55℃条件,终温350℃热解液与牛粪的有机质比为1:3,牛粪与接种液的接种比为2:1,发酵时间为30天。
厌氧发酵是降解有机物经济而有效的手段。本研究尝试采用厌氧发酵的方法降解污泥热解液。首先,通过考察250~550℃热解温度下污泥热解液的产量和成分,探讨其通过发酵进行降解的可能性;同时选取常用热解温度下(450℃)的热解液,在中温35℃水浴条件下,与沼液、米饭、牛粪等混合进行厌氧发酵,探究不同工况下热解液的发酵特性。随后比较了250、350、450和550℃热解液接种后在55℃水浴条件下的单独厌氧发酵行为;最后研究了250、350、450和550℃热解液与牛粪混合后厌氧发酵的可行性和发酵特性。主要研究结果如下:
1)研究了250~550℃条件下,污泥热解液的产率、成分和理化性质。结果显示,热解液的产率受热解温度的影响不大。随着热解温度升高,热解液产率呈递增趋势,但增幅较小,最高累计增幅仅为4.22%。
2)研究了在中温35℃水浴、用沼液接种的条件下,450℃的热解液与剩余米饭和牛粪的混合厌氧发酵特性。结果显示,接种后的热解液难以直接发酵产气;与剩余米饭混合发酵时,热解液抑制了米饭的发酵;与牛粪混合发酵时,热解液也抑制牛粪的产气效果,且随着热解液量增加,抑制作用加剧。因此,450℃热解液不能在35℃的条件下实现厌氧发酵。
3)研究了250~550℃热解液高温55℃水浴条件下单独厌氧发酵实验。结果显示,热解液能够被厌氧降解,产生少量沼气(累计7.4~10.8mL/g),且不同温度热解液的产气效果不同;350℃热解液发酵产气效果略优。
4)以250℃热解液为例,研究了热解液与牛粪按不同比例(5/80,10/80,15/80;g/g)混合进行高温共厌氧发酵的特性。结果显示,各混合发酵组累计产气量均少于牛粪单独厌氧发酵组,证明250℃热解液对牛粪的厌氧发酵产生了抑制作用;并且随着热解液量的增加,抑制作用加强。但是10/80组后期产气量略高于5/80组,证明菌种对热解液的毒性有一定的适应能力。
5)研究了250~550℃热解液与牛粪定比例混合高温厌氧发酵的特性。结果显示,混合厌氧发酵比热解液单独厌氧发酵反应稳定,350℃热解液与牛粪混合累计产气量达116.42mL/gVS,略高于纯牛粪对照组(110.36mL/g VS);其余各组均低于牛粪单独发酵,依次为550℃组、450℃组和250℃组。550℃组的总挥发性脂肪酸降解程度最大,降幅达1274mg/L,证明热解液中的有机物得到了有效降解。
综上所述,厌氧发酵是一种可行的处理污泥热解液的方法。热解液与牛粪以较小比例混合实现厌氧发酵处理,有利于热解液中有机物的分解,也能获得能源。从产气量和有机物降解情况来看,350℃热解液最适合进行混合批式厌氧发酵处理。推荐发酵工况为高温55℃条件,终温350℃热解液与牛粪的有机质比为1:3,牛粪与接种液的接种比为2:1,发酵时间为30天。