城鎮(zhèn)有機(jī)垃圾水解及其水解液厭氧消化工藝與性能研究.pdf

1、城鎮(zhèn)有機(jī)垃圾厭氧消化過程存在著均質(zhì)困難、水解過程緩慢、發(fā)酵后沼液及沼渣難處置、高固體含量厭氧消化的酸抑制和氨抑制等問題。針對這些問題，論文進(jìn)行了批式水解——UASB 組合工藝處理有機(jī)垃圾的研究，開展了有機(jī)垃圾水解、UASB反應(yīng)器處理有機(jī)垃圾水解液、批式水解——UASB 組合工藝處理有機(jī)垃圾的工藝參數(shù)與效果、微量金屬離子對UASB反應(yīng)器處理有機(jī)垃圾水解液的促進(jìn)作用等研究，得到了以下主要結(jié)果。 ①比較了厭氧淋濾、厭氧浸泡、厭氧浸泡

2、與兼氧交替、厭氧浸泡與好氧交替以及 UASB 出水厭氧浸泡等方式對有機(jī)垃圾水解效果的影響，結(jié)果表明采用UASB出水浸泡方式是最佳的。得出的有機(jī)垃圾批式水解工藝參數(shù)是：水解時間為7～8d；稀釋率為0.30～0.7d<'-1>；液固比為5～8；接觸時間第1d為6h，1d后為24h。 ②水解速率與其表面積有關(guān)，在傳統(tǒng)的一級模型中引入表面積項，對一級模型進(jìn)行修正。修正的水解速率通式為：。其中片狀顆粒n為1，圓柱形顆粒n為2，球形顆粒n

3、為3。動力學(xué)模型試驗研究結(jié)果表明，傳統(tǒng)一級模型、圓柱形顆粒模型和球形顆粒模型的水解速率常數(shù)分別為 0.2492、0.5376 和0.6740d<'-1>。修正的一級水解模型(球形顆粒模型或圓柱形顆粒模型)比傳統(tǒng)的一級模型能較好地預(yù)測反應(yīng)器中有機(jī)物濃度和出水總COD濃度。 ③研究探求了一種新的快速啟動UASB反應(yīng)器的方法，即增大初始接種污泥量(占反應(yīng)器體積50％)，采用較高的水力負(fù)荷，對反應(yīng)器內(nèi)的污泥進(jìn)行選擇；污泥適應(yīng)水質(zhì)后，逐

4、漸增加有機(jī)負(fù)荷，維持較高的VFA濃度，對厭氧污泥的優(yōu)勢菌種進(jìn)行選擇。在水溫為28～35℃時，38d 內(nèi)完成了 UASB 反應(yīng)器的啟動，使其容積負(fù)荷達(dá)到8.0kgCOD/(m<'->·d)左右，COD去除率穩(wěn)定在80％以上。 ④ UASB 反應(yīng)器處理高濃度有機(jī)垃水解液，當(dāng)進(jìn)水 COD 濃度為 8113～12971mg/L，水力停留時間為21.5～28.5h，上升流速為10.6～18.2m/d，負(fù)荷為 9～12kgCOD/(m<'

5、->·d)時，COD 去除率可以達(dá)到90％以上；出水 VFA 濃度為 43～757mg/L，與進(jìn)水相比，出水VFA濃度降低了，處理過程中沒有出現(xiàn) VFA 累積與酸抑制現(xiàn)象；出水氨氮從176mg/L 增至約1900mg/L，與進(jìn)水相比，出水氨氮濃度總體增加了，處理過程中沒有出現(xiàn)氨氮抑制現(xiàn)象；單位容積產(chǎn)氣量為 2.03～5.31L/(L·d)，單位 COD 產(chǎn)氣量為0.21～0.53L/gCOD，沼氣中甲烷含量為58.9％～ 83

6、.7％。 ⑤批式水解——UASB組合工藝克服了傳統(tǒng)的高固含率有機(jī)垃圾厭氧消化過程中 VFA 積累與氨抑制的問題。在約 8d 的時間內(nèi)，處理后垃圾的揮發(fā)分為65.18％～77.60％，揮發(fā)分去除率為32.0％～56.9％，COD 溶出量為 303.2～471.0gCOD/kgVS，有機(jī)垃圾產(chǎn)氣量為91.0～235.5L/kgVS。 ⑥建立了批式水解——UASB組合工藝出水氨氮濃度計算模型，找出了氨氮累積的關(guān)鍵控制參數(shù)(

7、回流比)，為有效預(yù)防氨抑制提供了分析工具。建立了UASB反應(yīng)器酸堿平衡與pH值關(guān)系式，為避免出現(xiàn)酸抑制提供了理論參考。 ⑦試驗垃圾水解液厭氧消化Fe、Co、Ni的最優(yōu)組合添加量為5.0、1.0、1.0mg/L。添加微量金屬離子，提高了UASB反應(yīng)器處理有機(jī)垃圾水解液的穩(wěn)定性和處理效果，平均單位產(chǎn)氣量和平均單位COD的氣體轉(zhuǎn)化率分別提高了21.5％和11.4％。 ⑧添加金屬離子，并未改變反應(yīng)器的菌群結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢菌種的類別