餐廚垃圾厭氧消化影響因素及動(dòng)力學(xué)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(guó)內(nèi)有機(jī)垃圾的主要組成部分，在整個(gè)有機(jī)垃圾中所占比例為40％～60％。其有機(jī)質(zhì)含量高、含水率較高、易腐發(fā)臭等特點(diǎn)決定了餐廚垃圾既是一種污染物，又是一種資源。近年來(lái)，國(guó)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(dòng)物飼料和泔水油后出售，這對(duì)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(lái)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?cè)絹?lái)越多地認(rèn)識(shí)到發(fā)展經(jīng)濟(jì)有效的餐廚垃圾處置技術(shù)的重要性。有機(jī)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(diǎn)，已被越來(lái)越的國(guó)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(guó)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(yàn)材料，對(duì)其厭氧消化過程及其主要影響因素進(jìn)行試驗(yàn)研究和理論分析。試驗(yàn)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(yùn)行特性和經(jīng)濟(jì)性，并對(duì)水解、酸化和產(chǎn)氣動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了理論分析，得到以下主要結(jié)論：
　　 (1)破碎預(yù)處理和堿液浸泡預(yù)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(lái)達(dá)到同時(shí)提高水解速率、VS去除效率和酸化效率不具實(shí)用性；擴(kuò)散阻力作用是大粒徑有機(jī)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(jī)垃圾水解過程的進(jìn)行；新建立的有機(jī)垃圾水解經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型表達(dá)形式為：ds/dt=-k'(s3/2/s

4、01/2)/E0R-at/r0
　　 經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，建立的餐廚垃圾水解動(dòng)力學(xué)模型能夠?qū)Σ蛷N垃圾可降解有機(jī)物水解過程進(jìn)行合理預(yù)測(cè)。
　　 (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(dǎo)因素，但控制系統(tǒng)pH能夠使產(chǎn)酸發(fā)酵類型趨勢(shì)發(fā)生改變：當(dāng)pH為4～5時(shí)，趨向于產(chǎn)乙酸型發(fā)酵，pH為5～6時(shí)，趨向于丙酸累積型發(fā)酵，pH為8～9時(shí)，趨向于產(chǎn)丁酸型發(fā)酵；熱堿預(yù)處理能夠提高酸化產(chǎn)物累積速度和累積量。動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明，熱

5、堿預(yù)處理后的餐廚垃圾厭氧產(chǎn)酸速率較未處理時(shí)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(qiáng)，提高溫度增強(qiáng)了氨氮對(duì)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(yù)處理使氨氮累積濃度有所上升，但對(duì)氨氮的甲烷抑制性影響不大。
　　 (4)根據(jù)有機(jī)負(fù)荷和指標(biāo)變化情況，可將單相厭氧消化的產(chǎn)氣過程劃分為啟動(dòng)階段、發(fā)展階段、適宜負(fù)荷階段和超負(fù)荷階段；兩相厭氧消化的產(chǎn)氣過程劃分為

6、啟動(dòng)期、增長(zhǎng)期和穩(wěn)定期。與兩相厭氧消化相比，單相厭氧消化達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間更長(zhǎng)，累積甲烷產(chǎn)量更低，出水COD濃度更高，可承受有機(jī)負(fù)荷更低，消耗單位質(zhì)量有機(jī)質(zhì)產(chǎn)甲烷量更低，且運(yùn)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(jī)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(jì)指標(biāo)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(lái)看，采用單相厭氧所消耗的運(yùn)行成本更低，經(jīng)濟(jì)性更好。
　　 (5)基于碳素轉(zhuǎn)移機(jī)理的厭氧消化產(chǎn)氣模型能夠較好地預(yù)測(cè)甲烷累積產(chǎn)氣量和CO2累積產(chǎn)氣量，但是，其計(jì)算過程較為繁瑣。對(duì)單相和兩相厭氧消化的累積產(chǎn)氣量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析，得到了簡(jiǎn)化的厭氧消化產(chǎn)氣速率經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過添加抑制系數(shù)和負(fù)荷比對(duì)上述經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了修正，建立了修正后的厭氧消化產(chǎn)氣速率經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?；試?yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果表明，該修正經(jīng)