接種物與添加劑對(duì)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵制氫的作用研究.pdf

1、餐廚垃圾是家庭、賓館、飯店及機(jī)關(guān)企事業(yè)等拋棄的剩余飯菜的通稱(俗稱“泔腳”)，是人們生活消費(fèi)過(guò)程中產(chǎn)生的一種固體廢棄物。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，餐廚垃圾產(chǎn)量逐漸上升，其對(duì)環(huán)境的影響和潛在能源效應(yīng)逐漸引起了人們的重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，餐廚垃圾當(dāng)前在國(guó)內(nèi)固體廢物總量中所占比重已經(jīng)達(dá)到了20％以上，而其高含水率、易酸易腐等特點(diǎn)使其最終處理成為一個(gè)難題。伴隨能源問(wèn)題的日益嚴(yán)重，人們對(duì)可替代能源的開(kāi)發(fā)和研究越來(lái)越走向細(xì)化和深化。氫氣作為未來(lái)清潔高效的可替代能

2、源也越來(lái)越引起了人們的重視。餐廚垃圾富含有機(jī)質(zhì)的特點(diǎn)為其厭氧產(chǎn)氫創(chuàng)造了條件。因此，餐廚垃圾厭氧制氫具有處理固體廢棄物和開(kāi)發(fā)氫能的雙重意義。 本文在課題組前期研究的基礎(chǔ)上，配合血清瓶試驗(yàn)進(jìn)一步對(duì)餐廚垃圾厭氧制氫工藝進(jìn)行了研究，并將研究成果融合應(yīng)用到SARD(Semi—continuousAnaerobicRotaryDrum)反應(yīng)器中，對(duì)其制氫工藝進(jìn)行了優(yōu)化和調(diào)試。主要工作分三部分，第一部分主要探討了不同來(lái)源污泥接種效果、污泥接

3、種率及加熱預(yù)處理等對(duì)制氫效果的影響；第二部分研究了金屬離子添加劑(包括金屬離子、堿性物質(zhì)等)的影響；第三部分對(duì)礦化垃圾和復(fù)合堿劑在SARD反應(yīng)器中協(xié)同制氫工藝進(jìn)行了研究。主要研究結(jié)論如下。 (1)4種不同來(lái)源接種污泥(壓濾污泥，厭氧污泥，曝氣污泥和河底淤泥)接種效果比較發(fā)現(xiàn)，在不添加緩沖劑條件下，厭氧污泥接種效果相對(duì)最好。在有添加劑條件下，厭氧污泥接種效果也最為理想，單位VS產(chǎn)氫量和最大氫氣體積濃度分別達(dá)到了33.72mL/g

4、VS和43.23％。 (2)厭氧發(fā)酵反應(yīng)中接種物的好壞至關(guān)重要，污泥接種比率的增加可以提高系統(tǒng)的抗酸性和產(chǎn)氫的延續(xù)性。然而，污泥接種比例不是越多越好，經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)污泥接種率控制在50％左右可以獲得較為理想的產(chǎn)氫效果。 (3)污泥經(jīng)過(guò)加熱預(yù)處理可以促進(jìn)產(chǎn)氫反應(yīng)的進(jìn)行，單位VS的產(chǎn)氫量較不經(jīng)加熱預(yù)處理系列提高約50％以上，達(dá)到43.6mL/gVS。 (4)CaCO3的添加對(duì)餐廚垃圾發(fā)酵制氫反應(yīng)的啟動(dòng)具有延遲作用

5、，同時(shí)可以提高總產(chǎn)氫量。這主要是因?yàn)镃aCO3對(duì)pH的緩沖效果延緩了底物的水解酸化。反應(yīng)逐漸啟動(dòng)后適量CaCO3可以提高氫氣累積產(chǎn)量。添加6g(每40g餐廚垃圾)條件下氫氣的累積產(chǎn)量分別較不添加條件下單位VS產(chǎn)氫量提高約1.76倍。 (5)微量Mn2+對(duì)餐廚垃圾發(fā)酵制氫具有促進(jìn)作用，添加2.4mgx10—5g/kg底物時(shí)，產(chǎn)氫效率可以比不添加Mn2+條件下提高3.6倍。然而，Mn2+添加過(guò)量(超過(guò)約2.4x10-4g/kg底物

6、)，會(huì)降低產(chǎn)氫菌活性，從而抑制厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫。 (6)NaCl在餐廚垃圾中添加量為1.3×10-3g/kg底物時(shí)的產(chǎn)氫效果最好。其單位產(chǎn)氫量分別達(dá)到13.61mL/gVS和2.78mL/g原料，較不添加Na+條件下產(chǎn)氫量分別提高約37.3％和37.6％。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推斷，當(dāng)Na+超過(guò)一定限度時(shí)，對(duì)發(fā)酵產(chǎn)氫也會(huì)有抑制作用。 (7)礦化垃圾可以提高SARD反應(yīng)器餐廚垃圾產(chǎn)氫的穩(wěn)定性。在相同進(jìn)料工藝條件下，其產(chǎn)氫周期較不添加

7、礦化垃圾的工藝延長(zhǎng)2倍以上。復(fù)合堿劑洗衣粉(主要利用其中的活性酶及表面活性劑)可以提高餐廚垃圾厭氧產(chǎn)氫效果。單位VS產(chǎn)氫量較不添加洗衣粉的工藝提高1.8倍，達(dá)到了67.56mL/gVS。 (8)礦化垃圾與洗衣粉組合工藝可以在維持較高產(chǎn)氫效率的同時(shí)保持長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)運(yùn)行。在保證系統(tǒng)所受負(fù)荷沖擊較小補(bǔ)料工藝條件下，產(chǎn)氫效率與反應(yīng)器運(yùn)行連續(xù)性能達(dá)到較好結(jié)合。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，此時(shí)最大單位VS產(chǎn)氫效果可以達(dá)到102.5mL/gVS，分別較沖擊負(fù)