基于零价铁铁氧化物的强化剩余污泥厌氧消化研究的开题报告.docx

基于零价铁铁氧化物的强化剩余污泥厌氧消化研究的开题报告
一、选题背景
随着城市化进程的加快，生活垃圾和工业废水的日益增多，导致污水处理量的逐年上升。在污水处理工艺中，“污泥”的处理是一个非常重要的环节。污水处理厂通常采用生化污泥工艺将有机物质分解为水和CO2。分解的过程中形成的生物污泥称作“污泥”。但是，污泥中含有大量有机物和硝化物等，如果不及时处理，不仅会对环境造成污染，而且还会对废水处理设备产生一定的压力和负担。
目前，污泥的处理方式主要有两种：一种是焚烧，另一种是消化。消化是一种比较理想的处理方式，其主要优点是能够降解有机质，而且能够还原污泥的体积和重量。然而，消化的过程中，不可避免地会产生大量的沼气。传统的沼气处理方式是在焚烧中利用，但是这种方式不仅能源利用率低，而且还可能产生二氧化碳等有害气体。
近年来，研究人员尝试探索将强化剩余污泥厌氧消化与零价铁铁氧化物相结合的方式，以期望达到更好的废弃物处理效果。
二、研究目的
本项目旨在研究强化剩余污泥厌氧消化的方法，以及在这个过程中加入零价铁铁氧化物，期望能够提高消化效率和沼气产量。同时，我们也需要研究这种方法对沼气的产生和处理的影响，以便为以后的工艺条件制定提供参考。
三、研究方案
1.材料准备
实验所需原料主要有：
1）剩余污泥：从污水处理厂采集得到的剩余污泥样品。
2）零价铁铁氧化物：我们将通过还原Fe2O3的方式制备出零价铁铁氧化物，具体步骤见下：
Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O
3）培养液：含有N、P、S等基本元素的液体营养物，能够为污泥微生物提供能量和营养，促进消化产气。
2.实验设计
我们将采用以下实验方式：
1）对照组：不加入零价铁铁氧化物的剩余污泥厌氧消化实验。
2）实验组：在剩余污泥中加入零价铁铁氧化物的厌氧消化实验。
对照组和实验组均需在条件相同的情况下进行实验。控制变量包括温度、PH值、营养液浓度、发酵时间等。
3.实验方法
实验方法主要分为两个阶段：
1）制备零价铁铁氧化物：在一定的气氛下，将Fe2O3还原为Fe，并制备出零价铁铁氧化物。现有研究表明，零价铁在厌氧消化中可以极大程度地提高产沼气和减少污泥体积。
2）实验操作：取一定量的剩余污泥，加入营养液，充分搅拌后分成对照组和实验组。实验期间，对两组进行厌氧消化处理，并经过一定时间后测定沼气和污泥性质等参数。
4.实验参数
实验结束后，我们将得到以下数据：
1）沼气产量：通过气相色谱法测定沼气产量。
2）污泥性质：包括有机质含量、固体物含量、干降物含量、pH值等参数。
3）其他：记录温度、时间、营养液浓度等实验过程参数。
四、预期成果
通过本次实验，我们可以从以下几个方面得到预期成果：
1）了解强化剩余污泥厌氧消化和零价铁铁氧化物的作用。
2）找出加入零价铁铁氧化物对消化效率和沼气产量的影响。
3）得出加入零价铁铁氧化物后沼气产量和消化率的变化规律，并制定更加优化的废弃物处理方案。
5.参考文献
[1]HuangK,GongY,ZhangZ,etal.Impactofcomponentclassesandconcentrationsduringanaerobicdigestiononbiogasproductivityandsludgeproperties[J].JournalofEnvironmentalManagement,2017,204:283-291.
[2]LiuC,LiJ,ZhangY,etal.Enhancedbiogasproductionfromanaerobicdigestionofhighstrengthwasteactivatedsludgewithiron-richsludge[J].ChemicalEngineeringJournal,2019,376:120180.
[3]WeiY,WangJ,ZhangX,etal.Fe2O3nanoparticlesloadedgranularactivatedcarbon:Asmartmaterialforintensifiedanaerobicdigestionofsludge[J].ChemicalEngineeringJournal,2019,369:805-814.