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餐厨垃圾两相厌氧发酵性能的研究

许勇  
【摘要】:随着我国城市化进程加快和居民生活水平的提高,餐厨垃圾的产量逐年增加。餐厨垃圾已是国内城市有机垃圾的主要组成部分,已经成为环境污染的重要方面。餐厨垃圾处理应以资源化为导向,厌氧发酵技术既可以解决餐厨垃圾处理问题又可产生可再生能源——沼气,已成为未来的发展方向。 经过国内外科研工作者数十年的研究,餐厨垃圾厌氧发酵理论已经十分成熟。单相厌氧发酵工艺操作简便,相关科研工作者对其做了大量的研究,取得了许多研究成果,并得到了大规模的应用。但对技术更加先进,反应速度更快,产气量更大,稳定性、可控性、设备利用率更高的餐厨垃圾两相厌氧发酵技术研究的还比较少,实际工程上的应用更是屈指可数,因此,对餐厨垃圾两相厌氧发酵反应条件和工艺运行参数进行探索,具有非常重要的意义。 本文实验以学校食堂餐厨垃圾为原料,研究了餐厨垃圾两相厌氧发酵制沼的性能。实验采用批式进料方式,研究了不同温度、不同进料负荷和不同接种量时餐厨垃圾水解酸化的效果,探索了酸化阶段发酵液中的pH值、挥发性脂肪酸(VFA)含量和产物中主要成分的变化规律。实验发现,酸化阶段中,35℃时溶液中pH先迅速降低后升高,VFA含量最高,达到15g/L。产物中主要物质为乙醇和乙酸,且乙醇有转化为乙酸的趋势。不同有机负荷进料时水解酸化过程在前4天基本完成,反应后期有机负荷不同发酵类型也有所不同。40gTS/L负荷进料时水解酸化效果比较好,水解酸化产物中主要成分为乙醇和乙酸,乙醇和VFA含量高。餐厨垃圾在接种率为30%时,反应能够获得目标酸化产物乙醇和乙酸,比不接种和接种率为50%时效果明显要好。 通过不同负荷进料研究了酸化产物在烷化阶段的日产气量和产气中甲烷含量的变化规律并分析了出料液的性质。实验发现,烷化阶段中,含丙酸多的料液中高负荷时丙酸积累会对甲烷菌产生抑制,产气效果差;进料中乙醇和乙酸含量高的料液高负荷进料能够保持高的产气量且甲烷含量高;进料中丁酸含量高能使产气高峰到来得更早,低负荷进料时具有产甲烷的优势;40gTS/L酸化出料在进料负荷为20gVS/L时VS去除率最大,达到82%,单位去除VS产气量达到852mL 在批式实验基础上,通过批量连续进料方式,进行了餐厨垃圾两相厌氧发酵实验室扩大化的实验,探索了餐厨垃圾在批量连续进料情况下厌氧发酵过程中酸化和烷化的性能。实验发现,批量连续进料时,酸化相中,当水力停留时间HRT=8时,pH值稳定在4.3~4.6,酸化产物中乙酸含量为20g/L,乙醇为18g/L,丙酸为2g/L,酸化产物品质较好,并且酸化相产气中CO2含量少,有机物损耗比较少:烷化相中,不同水力停留时间下发酵液的pH值相对稳定,保持在7.05~7.5之间,日产气中甲烷含量保持在64%-70%的范围内,HRT=20时,日产气量最高,达到平均每天32L,VS去除率达到80.66%,单位去除VS产气量达到878.2mL,发酵液中VFA和溶解性化学需氧量(SCOD)含量比较小,有机物质被利用的比较彻底,综合来看,认为烷化反应过程中HRT=20比较合适。


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