单相厌氧反应器处理餐厨垃圾试验研究

论文摘要

餐厨垃圾产生量大且增长迅速,并具有含水率、有机质及油脂含量高的显著特点,妥善处理餐厨垃圾已成为亟待解决的重要问题。厌氧消化技术是对包括餐厨垃圾在内的有机固体废物进行资源化处理的有效技术途径。深入了解餐厨垃圾厌氧消化特点,为重庆市餐厨垃圾厌氧消化工程实践提供参考依据,推动工程化与产业化应用,本文利用自行设计的单相厌氧消化反应器,以重庆市餐厨垃圾为研究对象,研究了餐厨垃圾单相湿式中温厌氧消化系统的启动及运行情况,分别就反应器半分批式条件下启动、连续条件下运行及其工艺参数(如有机负荷、pH值、VFA、碱度、氨氮等)进行了试验研究,得到以下主要结果:①餐厨垃圾单相厌氧反应器半分批式启动研究。研究结果表明,接种高效厌氧污泥,并采用较高的污泥接种比率,按照初始容积负荷为1.0kgVS/m~3·d并以0.5kgVS/m~3·d逐步增加的方式能够顺利完成反应器的启动。启动过程产气量峰值达4.63L/L·d,甲烷含量稳定在50%左右;pH值基本保持在厌氧消化最适范围内;COD最高达21380mg/L;氨氮与凯氏氮逐渐增加,氨氮最高达1560.70mg/L;物料含水率逐渐降低。启动后期系统产气能力下降并出现有机物累积的趋势,暂停进料后系统逐渐恢复稳定。②餐厨垃圾单相厌氧反应器连续式运行。容积负荷2.5～4.0kgVS/(m~3·d)阶段,日产气量最高达114.7L/d(对应负荷3.5kgVS/(m~3·d)),单位质量餐厨垃圾产气量最高为186.3L/kg(对应负荷1.5kgVS/(m~3·d));pH值变化范围7.41～7.79;凯氏氮、氨氮及物料含水率逐渐增加。容积负荷4.5kgVS/(m~3·d)阶段出现物料膨胀及大量泡沫,产气量剧烈下降,单位质量餐厨垃圾产气量仅为84.9L/kg;pH值低至6.68并有继续下降趋势,同时存在氨抑制效应的可能。连续式阶段系统沼气产率0.91L/gVS,折合117.90L/kg湿餐厨垃圾,甲烷产率77.38LCH4/kg湿餐厨垃圾。③通过对比试验研究了油脂对餐厨垃圾固体含量测定的影响,结果表明含油率与固体含量的准确测定可分别采用未除油方法(方法Ⅰ)与除油方法(方法Ⅱ)。建议采用未除油方法(方法Ⅰ),在操作简便可行的基础上得到相对准确的固体含量测定结果。④结合试验分析了厌氧消化系统酸化的表征及影响因素,指出系统具有较强的抗酸化能力与合理的运行控制方式及高含氮物料的添加有关。系统运行的大部分时间内pH值稳定在消化适宜的范围内,碱度高于2000mg/L,VFA保持在3000mg/L以下。半分批式与连续式过程后期出现一定程度的VFA累积,其中负荷4.5kgVS/(m~3·d)阶段VFA高达9359.2mg/L,碱度降至4222.7mg/L。⑤提出综合选取VFA测试绝对值与VFA/BA比值作为餐厨垃圾厌氧消化系统抗酸化性能的判别指标。当VFA/BA<0.4时,认为系统具有足够的抗酸化缓冲能力;当VFA/BA= 0 .4～0 .8时,认为系统具备有限的缓冲能力;当VFA/BA>0.8或VFA测试绝对值超过3000mg/L时,认为系统缓冲能力极小,VFA有累积的可能,应及时监测并采取相应的控制措施;可将VFA/BA比值小于0.4并保持稳定作为消化系统恢复并重新进料运行的判别指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 餐厨垃圾处理技术现状及分析
• 1.2.2 有机固体废物厌氧消化反应器
• 1.3 课题的目的、意义和内容
• 1.3.1 课题的目的和意义
• 1.3.2 课题的内容
• 2 厌氧消化技术理论基础
• 2.1 厌氧消化技术基本原理
• 2.1.1 厌氧消化的代谢阶段
• 2.1.2 厌氧消化过程的生化机理
• 2.1.3 厌氧消化过程的能量代谢
• 2.2 厌氧消化过程微生物学原理及动力学
• 2.2.1 厌氧生物处理的微生物学特征
• 2.2.2 厌氧生物处理动力学
• 2.3 厌氧消化工艺主要环境因素
• 2.3.1 温度
• 2.3.2 pH 值及酸碱平衡
• 2.3.3 营养及抑制物质
• 3 餐厨垃圾单相厌氧消化工艺研究
• 3.1 试验目的
• 3.2 试验材料与方法
• 3.2.1 试验材料采集、制备与预处理
• 3.2.2 分析测定方法
• 3.2.3 试验材料成分及理化性质
• 3.3 试验装置设计
• 3.3.1 餐厨垃圾单相厌氧消化反应器设计思路
• 3.3.2 反应器形式及流态的选择
• 3.3.3 餐厨垃圾单相厌氧消化反应器设计
• 3.4 试验方案
• 3.4.1 半分批式启动
• 3.4.2 连续式厌氧消化
• 3.5 餐厨垃圾单相厌氧反应器半分批式启动
• 3.5.1 初始物料
• 3.5.2 试验结果与分析
• 3.5.3 半分批式启动试验小结
• 3.6 餐厨垃圾单相厌氧反应器连续式运行
• 3.6.1 连续式运行方式的选择
• 3.6.2 试验结果与分析
• 3.6.3 连续式运行试验小结
• 4 餐厨垃圾单相厌氧消化系统运行问题及对策分析
• 4.1 餐厨垃圾固体含量测定方法分析
• 4.1.1 传统垃圾固体含量测定方法存在问题及原因分析
• 4.1.2 餐厨垃圾固体含量测定规范化操作探讨
• 4.2 餐厨垃圾厌氧消化酸化影响分析与对策
• 4.2.1 挥发性脂肪酸对厌氧消化的影响机理
• 4.2.2 挥发性脂肪酸及相关指标变化情况
• 4.2.3 酸化控制措施与探讨
• 5 结论及建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录