餐廚垃圾厭氧消化影響因素及動力學研究.pdf

1、餐廚垃圾泛指產(chǎn)生于餐廳、公共食堂等餐飲行業(yè)以及居民日常生活中的食物加工下腳料和食用殘余，是國內(nèi)有機垃圾的主要組成部分，在整個有機垃圾中所占比例為40％～60％。其有機質(zhì)含量高、含水率較高、易腐發(fā)臭等特點決定了餐廚垃圾既是一種污染物，又是一種資源。近年來，國內(nèi)餐廚垃圾產(chǎn)生量迅速加大，由于缺乏有效的處置技術(shù)和手段，大量餐廚垃圾被制成動物飼料和泔水油后出售，這對公共食品衛(wèi)生安全構(gòu)成了極大的潛在威脅，特別是近年來非典、禽流感、豬鏈球菌感染、豬流

2、感等傳染性疾病的大規(guī)模爆發(fā)，使人們越來越多地認識到發(fā)展經(jīng)濟有效的餐廚垃圾處置技術(shù)的重要性。有機垃圾厭氧消化處理技術(shù)因具備減量化效果好、處理能耗低、二次污染少及可產(chǎn)生清潔能源等優(yōu)點，已被越來越的國家所采用。但是，餐廚垃圾厭氧消化處理技術(shù)的應(yīng)用在我國尚處于起步階段，很多關(guān)鍵性技術(shù)問題仍然需要深入研究和探討。
　　 本文以重慶市餐廚垃圾為試驗材料，對其厭氧消化過程及其主要影響因素進行試驗研究和理論分析。試驗考察了餐廚垃圾水解、酸化以及

3、單相和兩相厭氧消化工藝的運行特性和經(jīng)濟性，并對水解、酸化和產(chǎn)氣動力學進行了理論分析，得到以下主要結(jié)論：
　　 (1)破碎預處理和堿液浸泡預處理可以增加餐廚垃圾水解速度，提高水解效率；通過提高溫度的方法來達到同時提高水解速率、VS去除效率和酸化效率不具實用性；擴散阻力作用是大粒徑有機垃圾水解速率的主要控制因素，減小顆粒粒徑能夠加快有機垃圾水解過程的進行；新建立的有機垃圾水解經(jīng)驗動力學模型表達形式為：ds/dt=-k'(s3/2/s

4、01/2)/E0R-at/r0
　　 經(jīng)試驗數(shù)據(jù)驗證，建立的餐廚垃圾水解動力學模型能夠?qū)Σ蛷N垃圾可降解有機物水解過程進行合理預測。
　　 (2)污泥接種水平和消化溫度并不是決定產(chǎn)酸發(fā)酵類型的主導因素，但控制系統(tǒng)pH能夠使產(chǎn)酸發(fā)酵類型趨勢發(fā)生改變：當pH為4～5時，趨向于產(chǎn)乙酸型發(fā)酵，pH為5～6時，趨向于丙酸累積型發(fā)酵，pH為8～9時，趨向于產(chǎn)丁酸型發(fā)酵；熱堿預處理能夠提高酸化產(chǎn)物累積速度和累積量。動力學分析結(jié)果表明，熱

5、堿預處理后的餐廚垃圾厭氧產(chǎn)酸速率較未處理時有顯著提高。
　　 (3)污泥接種水平越高，系統(tǒng)抵抗氨氮抑制性的能力越強，提高溫度增強了氨氮對甲烷菌的抑制作用；酸性條件下的氨氮甲烷抑制性低于堿性條件下的甲烷氨氮抑制性。熱堿預處理使氨氮累積濃度有所上升，但對氨氮的甲烷抑制性影響不大。
　　 (4)根據(jù)有機負荷和指標變化情況，可將單相厭氧消化的產(chǎn)氣過程劃分為啟動階段、發(fā)展階段、適宜負荷階段和超負荷階段；兩相厭氧消化的產(chǎn)氣過程劃分為

6、啟動期、增長期和穩(wěn)定期。與兩相厭氧消化相比，單相厭氧消化達到穩(wěn)定所需時間更長，累積甲烷產(chǎn)量更低，出水COD濃度更高，可承受有機負荷更低，消耗單位質(zhì)量有機質(zhì)產(chǎn)甲烷量更低，且運行參數(shù)變化幅度較大，系統(tǒng)抵抗外界沖擊的能力較弱。但是，單相厭氧消化單位反應(yīng)器體積有機質(zhì)去除量更高，且出料生物降解率更高，因此有利于減少投資，降低沼渣處理難度。經(jīng)濟指標分析結(jié)果表明，單相厭氧的耗電量較兩相厭氧低很多，兩相厭氧用水量較單相厭氧低，兩相厭氧藥品用量顯著高于單

7、相厭氧，兩者在單位垃圾產(chǎn)甲烷量上相差不大?？傮w來看，采用單相厭氧所消耗的運行成本更低，經(jīng)濟性更好。
　　 (5)基于碳素轉(zhuǎn)移機理的厭氧消化產(chǎn)氣模型能夠較好地預測甲烷累積產(chǎn)氣量和CO2累積產(chǎn)氣量，但是，其計算過程較為繁瑣。對單相和兩相厭氧消化的累積產(chǎn)氣量實測數(shù)據(jù)進行理論分析，得到了簡化的厭氧消化產(chǎn)氣速率經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，通過添加抑制系數(shù)和負荷比對上述經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦M行了修正，建立了修正后的厭氧消化產(chǎn)氣速率經(jīng)驗?zāi)Ｐ?；試驗?shù)據(jù)驗證結(jié)果表明，該修正經(jīng)