两相厌氧消化工艺处理餐厨垃圾的可行性研究

论文摘要

本课题的目的是在系统分析各种短链脂肪酸及盐分、NH4+-N对厌氧污泥产甲烷活性的影响的基础上,探索半连续化两相厌氧消化工艺处理餐厨垃圾的的可行性,以期为餐厨垃圾的处理与资源化提供理论依据与技术支持。首先采用ASBR测定了各种短链脂肪酸的厌氧可生化性及其对厌氧污泥的毒性负荷范围。实验结果表明,ASBR处理各种短链脂肪酸时可承受的最佳进水COD负荷及其降解效率有较大差别。其中处理乳酸、丙酸、乙酸和丁酸时可承受的最适负荷分别为3g/L-d、4g/L-d、5g/L-d和7g/L·d,在上述负荷条件下,COD去除率分别为57%、60%、77%和68%,可见,在适当负荷条件下,餐厨垃圾水解酸化液中的四种主要脂肪酸都可以得到有效降解。然而,在高于各自最适负荷的情况下,乳酸、丙酸和乙酸对厌氧污泥的活性具有明显的抑制作用,进一步分析发现,各酸在其毒性负荷范围内,甲烷转化率与进水负荷符合负相关关系。由相应的线性方程计算得出乳酸、丙酸、乙酸导致厌氧污泥活性下降10%的负荷分别为3.11 g/L·d、4.42 g/L·d和5.48 g/L·d,使厌氧污泥活性下降50%的负荷分别为4.53g/L·d、5.94g/L·d和7.2g/L·d。丁酸在实验设置的负荷范围（1～7g/L·d）内无抑制作用。戌酸、异戌酸和异丁酸在餐厨垃圾水解液中的浓度极低,一般不会成为甲烷发酵的限制因素。以模拟混合脂肪酸为ASBR的进水基质,进一步测定了盐分和NH4+-N的毒性负荷,发现厌氧污泥对盐分和NH4+-N有一定的耐受能力,当进水NaCl浓度≤ 16 g/L或NH4+-N浓度≤1g/L时,对厌氧污泥的产甲烷活性无显著影响,但过高的盐分或NH4+-N浓度对厌氧污泥的活性将产生抑制作用,使厌氧污泥活性下降10%的NaCl和NH4+-N浓度分别为22 g/L和1.88 g/L,使厌氧污泥活性下降50%的NaCl和NH4+-N浓度分别为51 g/L和6.69 g/L。为了研究半连续化两相厌氧消化工艺处理餐厨垃圾的的可行性,我们进一步研究了不同进料负荷下,LB反应器处理餐厨垃圾的效果。结果表明,在半连续化运行模式中,进料负荷对LB中餐厨垃圾的水解酸化具有较大影响。当进料负荷为50～150 g/d时,各LB反应器滤出液SCOD浓度随进料负荷的提高而增高,各反应器滤出液SCOD浓度在整个连续化运行阶段保持相对稳定,而且各反应器在整个半连续运行阶段均未出现物料持续积累的现象,说明系统达到了稳态运行状态。当进料负荷达到200 g/d时,有机质降解效率下降,反应器内物料持续积累导致系统最终无法连续运行。当各LB反应器停止进料恢复序批式运行模式后,各反应器中滤出液pH立即回升直至达到进水NaHC03溶液的pH值（8.29）,滤出液SCOD浓度也随之回落直至下降到2000 mg/L以下。实验结束时各酸化反应器固形物去除率均达97%以上。采用ASBR对各产酸相滤出液进行了处理,COD去除率达8.5.4%～97.6%,各产气相反应器实际承受的最高容积负荷分别为2.63g/L·d、2.36g/L·d、2.87g/L·d和2.98 g/L·d,成功地实现了甲烷生产。实验结束时,ASBR1～ASBR4累计甲烷气体体积分别达到62628 mL、89305 mL、123393 mL和150820 mL,经计算得出餐厨垃圾的甲烷产率分别达206mL/TS、214mL/TS、232mL/TS和243mL/TS,说明将餐厨垃圾经LB-ASBR处理用于甲烷发酵是完全可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语表
• 第一章 文献综述
• 1 餐厨垃圾的特征与危害
• 2 餐厨垃圾现有的处理与资源化技术
• 2.1 机械粉碎后直接排放
• 2.2 填埋和焚烧
• 2.3 饲料化处理
• 2.4 肥料化处理
• 2.5 能源化处理
• 2.6 其它
• 3 餐厨垃圾厌氧消化工艺类型
• 4 影响餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的因素
• 4.1 垃圾性质
• 4.2 温度
• 4.3 pH值及氧化还原电位
• 4.4 金属离子和有毒物质
• 4.5 铵氮浓度
• 5 本研究的目的与意义
• 4⁺-N对厌氧污泥产甲烷活性的影响'>第二章 短链脂肪酸及盐分、NH₄⁺-N对厌氧污泥产甲烷活性的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 实验装置及其启动运行
• 1.2 短链脂肪酸对厌氧污泥产甲烷活性影响的实验设计
• 1.3 不同浓度盐分及铵氮对厌氧污泥产甲烷活性影响的实验设计
• 1.4 检测分析方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 乳酸对厌氧污泥产甲烷活性的影响
• 2.2 丙酸对厌氧污泥产甲烷活性的影响
• 2.3 乙酸对厌氧污泥产甲烷活性的影响
• 2.4 丁酸对厌氧污泥产甲烷活性的影响
• 2.5 戊酸、异丁酸、异戊酸对厌氧污泥产甲烷活性的影响
• 2.6 混合酸对厌氧污泥产甲烷活性的影响
• 2.7 不同浓度氯化钠对厌氧污泥产甲烷活性的影响
• 2.8 不同浓度铵氮对厌氧污泥产甲烷活性的影响
• 3 本章小结
• 第三章 半连续化两相厌氧消化法处理餐厨垃圾的可行性
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 实验设计与装置运行
• 1.3 检测分析方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 产酸相滤出液pH的变化
• 2.2 产酸相滤出液TOA含量及有机酸组分的变化
• 2.3 产酸相滤出液SCOD浓度的变化
• 2.4 产酸相滤出液中铵氮含量的变化
• 2.5 产气相运行效果分析
• 3 本章小结
• 全文总结
• 创新点
• 致谢
• 参考文献