單因素擾動下餐廚垃圾厭氧消化系統(tǒng)的失穩(wěn)特征研究.pdf

1、餐廚垃圾由于含水率和有機成分含量高，具有容易腐敗發(fā)臭的性質(zhì)，若處理不當(dāng)則會給人們的正常生活以及環(huán)境造成巨大的危害。同時，餐廚垃圾本身是一種含有巨大利用價值的資源，使用厭氧消化技術(shù)可以在處理餐廚垃圾的同時回收其中的資源，目前是處理餐廚垃圾的一種有效的技術(shù)。然而由于餐廚垃圾高蛋白、高鹽和高有機質(zhì)含量的特點，加上厭氧消化系統(tǒng)對于環(huán)境因素波動敏感的特點，使得餐廚垃圾在厭氧消化處理過程中往往容易出現(xiàn)鹽抑制、氨抑制和超負(fù)荷抑制的問題，導(dǎo)致厭氧消化系

2、統(tǒng)的失穩(wěn)，最終造成系統(tǒng)產(chǎn)氣性能下降。目前的諸多研究關(guān)于餐廚垃圾厭氧消化系統(tǒng)的鹽抑制濃度、氨抑制濃度和有機負(fù)荷抑制濃度和對系統(tǒng)的影響差異性較大，原因在于在試驗設(shè)計、使用的接種污泥和反應(yīng)底物上，不同研究者都存在著差別。因此本研究使用配置的?；M行中溫厭氧消化批次試驗，研究不同濃度的Na+、氨氮和有機負(fù)荷單因素擾動對厭氧消化系統(tǒng)的產(chǎn)氣性能，底物轉(zhuǎn)化效率和理化參數(shù)等理化特征的影響，并結(jié)合一階動力學(xué)模型、Modified Gompertz模型

3、和Logistic模型對厭氧消化系統(tǒng)在鹽抑制、氨抑制和超負(fù)荷抑制的產(chǎn)甲烷過程進行非線性擬合，根據(jù)模型擬合的效果和擬合參數(shù)在各抑制物擾動下系統(tǒng)的變化，進一步解釋厭氧消化在超負(fù)荷、氨抑制和鹽抑制下失穩(wěn)的動力學(xué)特征。通過對厭氧消化系統(tǒng)在鹽抑制、氨抑制和超負(fù)荷抑制下失穩(wěn)過程的理化特征和動力學(xué)特征研究，以期為全規(guī)模厭氧消化反應(yīng)器失穩(wěn)誘因的尋找提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并給實際餐廚垃圾厭氧消化廠的穩(wěn)定運行調(diào)試提供一定的指導(dǎo)信息。
　　本研究主要內(nèi)容包括：

4、①鹽抑制試驗中，Na+濃度為2000、4000、6000、8000和10000、15000和20000mg·L-1時，系統(tǒng)的甲烷產(chǎn)率分別占對照試驗組的94.46％、92.75%、84.10%、81.03%、77.80%、15.53%和10.55%，可見Na+濃度的升高會對餐廚垃圾厭氧消化的產(chǎn)氣性能造成影響，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)甲烷產(chǎn)率的下降。②氨抑制試驗中，隨著TAN濃度的升高，系統(tǒng)的甲烷產(chǎn)率逐漸下降，在TAN為1500、3000、4500、60

5、00、7500、10000和20000 mg·L-1的反應(yīng)器內(nèi)，甲烷產(chǎn)率分別占對照試驗組的84.67%、70.98%、63.76%、58.46%、58.02%、55.66%和5.74%。③負(fù)荷擾動試驗中，OLR=2.5、5、10和15 g VS·L-1時，系統(tǒng)內(nèi)的穩(wěn)定性良好，甲烷產(chǎn)率都在理論產(chǎn)氣量的95.21%以上，當(dāng)OLR上升至20 g VS·L-1時，系統(tǒng)發(fā)生了明顯的超負(fù)荷抑制，產(chǎn)甲烷率下降至36.02%。④鹽抑制和氨抑制的厭氧消化

6、反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)，隨著Na+濃度和TAN濃度的升高，系統(tǒng)內(nèi)會出現(xiàn)產(chǎn)氣停滯現(xiàn)象，Na+濃度和TAN濃度越高，系統(tǒng)的產(chǎn)氣停滯期越長，且氨抑制系統(tǒng)內(nèi)的產(chǎn)氣停滯期長于鹽抑制系統(tǒng)內(nèi)的產(chǎn)氣停滯期；而在超負(fù)荷抑制的厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)，沒有出現(xiàn)產(chǎn)氣停滯現(xiàn)象。⑤厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)，反應(yīng)器的 COD去除率與產(chǎn)甲烷率有十分相似的變化趨勢，相比于VS去除率，COD去除率能更好的反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的有機底物轉(zhuǎn)化為甲烷的效率。⑥動力學(xué)模型擬合結(jié)果表明 Modified Gompertz

7、模型可以非常好的擬合超負(fù)荷抑制系統(tǒng)內(nèi)的產(chǎn)氣過程（R2≥0.96）；而對于存在著產(chǎn)氣停滯期的氨抑制和鹽抑制系統(tǒng)，Logistic模型的擬合度比較理想。⑦餐廚垃圾厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)最容易和最先失穩(wěn)的是產(chǎn)甲烷過程，在鹽抑制、氨抑制和超負(fù)荷抑制試驗里，隨著抑制物濃度的增加，其產(chǎn)甲烷率總是最先下降并且數(shù)值最低，并且動力學(xué)模型參數(shù)Rmax也隨之下降，表明在反應(yīng)器發(fā)生失穩(wěn)時，主要是產(chǎn)甲烷過程受到了嚴(yán)重抑制。⑧在超負(fù)荷抑制系統(tǒng)內(nèi)，k/Rmax'未能呈現(xiàn)出隨