寒冷地區(qū)餐廚垃圾干發(fā)酵及沼氣微氧脫硫機(jī)理研究.pdf

1、餐廚垃圾作為一種富含生物質(zhì)產(chǎn)氣潛能的有機(jī)廢物，如何在其治理過程中產(chǎn)出清潔的可再生能源，已成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。目前，國內(nèi)外關(guān)于餐廚垃圾單相厭氧消化技術(shù)的研究多集中在低負(fù)荷低濃度條件下，重點(diǎn)研究反應(yīng)器的啟動(dòng)，運(yùn)行特征、參數(shù)變化和處理效果，而針對(duì)餐廚垃圾單相高負(fù)荷厭氧消化系統(tǒng)的研究較少，特別是對(duì)干發(fā)酵全過程中的運(yùn)行參數(shù)，包括有機(jī)酸各組分變化、干發(fā)酵機(jī)理及干發(fā)酵水解酸化動(dòng)力學(xué)等關(guān)注甚少。本文采用厭氧消化技術(shù)，對(duì)餐廚垃圾開展序批式及連續(xù)式干發(fā)酵處

2、理，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)沼氣微氧脫硫研究，分析脫硫過程中的各參數(shù)變化規(guī)律。
　　本研究先開展餐廚垃圾及各組分序批式厭氧消化實(shí)驗(yàn)，在前期實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上開展餐廚垃圾連續(xù)式厭氧消化實(shí)驗(yàn)，提高餐廚垃圾單相厭氧消化反應(yīng)器的干物質(zhì)濃度(TS)濃度，分析餐廚垃圾干發(fā)酵過程的的啟動(dòng)、運(yùn)行、失衡、失衡后的恢復(fù)及實(shí)現(xiàn)干發(fā)酵全過程各參數(shù)的變化趨勢(shì)，重點(diǎn)關(guān)注干發(fā)酵機(jī)理，建立干發(fā)酵水解動(dòng)力學(xué)模型；最后完成反應(yīng)器內(nèi)沼氣微氧脫硫?qū)嶒?yàn)，對(duì)厭氧消化產(chǎn)出的沼氣采用微氧脫硫技術(shù)去

3、除硫化氫，分析微氧脫硫機(jī)理，計(jì)算脫硫過程中的氧、硫平衡及凈化效率，為沼氣應(yīng)用研究的發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考。
　　研究結(jié)果表明：在中溫條件下，餐廚垃圾及其各組分序批式厭氧消化產(chǎn)氣速率為：淀粉＞餐廚垃圾＞蛋白質(zhì)＞食用油＞脂肪＞紙（纖維素等），生物能范圍為17.58-19.34 MJ/m3；餐廚垃圾、淀粉、蛋白質(zhì)、食用油、脂肪、紙（纖維素等）及食用油最終沼氣產(chǎn)氣潛能（CH4/VS）395.49、395.22、354.46、229.26、

4、465.77、468.3 NmL/g，其食用油和脂肪產(chǎn)氣潛能最大，465.77--468.3 NmL/g，而紙（纖維素等）的產(chǎn)氣潛能最低，229.26 NmL/g。餐廚垃圾及各組分序批式厭氧消化產(chǎn)出的沼氣中甲烷濃度在51.09--57.32％之間。
　　根據(jù)日產(chǎn)氣量與TS曲線變化趨勢(shì)，可以直觀的把餐廚垃圾干發(fā)酵實(shí)驗(yàn)過程劃分為4個(gè)階段，即：適應(yīng)性階段（0～13天）、啟動(dòng)階段（14～34天）、抑制階段（35～72天）和恢復(fù)及穩(wěn)定階段（

5、73～120天）。各階段因產(chǎn)氣速度和投料強(qiáng)度的不同而在產(chǎn)氣曲線的斜率上表現(xiàn)出明顯差異：在恢復(fù)及穩(wěn)定階段以NaOH稀堿液調(diào)節(jié)當(dāng)日回流滲濾液的pH值，在第72天時(shí)pH值上升至7.4，產(chǎn)氣量明顯提高，達(dá)到19.88 L/d，此時(shí)采用每日投料1次，每次投料1kg，在98天時(shí)TS達(dá)到23%上以上，系統(tǒng)日產(chǎn)氣量穩(wěn)定，維持在15.35 L/d~21.03 L/d之間，此階段的生物降解率穩(wěn)定在55.1%左右。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，pH值及日產(chǎn)氣量無明顯波動(dòng)。<

6、br>　　以純氧和空氣為微氧源的微氧生物脫硫技術(shù)，可以成功使厭氧消化產(chǎn)沼氣中的硫化氫濃度低于500mg/Nm3，對(duì)甲烷產(chǎn)量及厭氧消化過程無明顯影響。比較純氧和空氣作為微氧源，使用空氣做為微氧源對(duì)新建的厭氧消化廠更加具有經(jīng)濟(jì)性，可以在設(shè)計(jì)前期考慮這預(yù)期的由于氮?dú)庀♂寣?dǎo)致甲烷濃度偏低所來的燃燒性能略有下降情況。
　　餐廚垃圾單組分序批式厭氧消化動(dòng)力學(xué)擬合分析中看出，淀粉更接近圓柱形顆粒模型擬合，R2=0.9742，k=0.4374d-

7、1；纖維素更接近球形顆粒模型擬合，R2=0.9412，k=0.0621d-1；脂肪和蛋白質(zhì)接近一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合，脂肪R2=0.7125，k=0.0325d-1，蛋白質(zhì) R2=0.7981，k=0.1341d-1。餐廚垃圾干發(fā)酵過程中，根據(jù)不同發(fā)酵階段的水力停留時(shí)間(HRT)、有機(jī)負(fù)荷(OLR)和餐廚垃圾的最大產(chǎn)氣率（或理論產(chǎn)氣量），得出的k為0.133d-1，四個(gè)階段 pH抑制系數(shù)分別為I1=0.7143，I2=0.0547，I3=0