餐廚垃圾特性及厭氧消化產(chǎn)沼性能研究

1、北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文餐廚垃圾特性及厭氧消化產(chǎn)沼性能研究姓名：劉曉英申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：環(huán)境科學(xué)與工程指導(dǎo)教師：李秀金；劉廣青20100602摘要餐廚垃圾特性及厭氧消化產(chǎn)沼性能研究摘要餐廚垃圾是含水率、有機(jī)物含量均很高的固體廢棄物，餐廚垃圾的大量產(chǎn)生已 經(jīng)成為環(huán)境污染的重要方面，作為餐廚垃圾的處理方法，厭氧消化與傳統(tǒng)方法相比 不僅可以使垃圾得到減量化，還可以產(chǎn)生清潔能源沼氣。本文首先對(duì)北京市餐廚垃 圾的產(chǎn)生及處理狀況進(jìn)行了調(diào)研，得出北京市餐廚垃圾的產(chǎn)量及產(chǎn)生特征、目前的 處理方式與處理成本等定性和定量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)和結(jié)果表明餐廚垃圾目前大部分直接 進(jìn)入垃圾填埋廠或違規(guī)用作畜禽飼料。因此，利用

2、厭氧消化生產(chǎn)沼氣的處理方式是 非常必要的。本文對(duì)餐廚垃圾的特性進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示三餐廚余性質(zhì)變化較明顯，早餐 廚余除可溶性糖及鹽的含量較高外其余各項(xiàng)指標(biāo)均低于午餐和晚餐。不同季度的餐 廚垃圾性質(zhì)并沒有明顯的差異，5/丁5均維持在7 0 0 / 0,8 0 %左右，總氮的含量維持在2 0/0 ,3 %之間，各種有機(jī)物中可溶性總糖最高，其次是脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素。本文旨在利用厭氧消化對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行處理，在中溫條件下對(duì)不同V S濃度的 餐廚垃圾在調(diào)節(jié)與不調(diào)節(jié)p H兩種條件下進(jìn)行批式產(chǎn)氣研究，結(jié)果表明在不調(diào)節(jié)p H條件下最高有機(jī)物濃度可達(dá)到259Vs?L 1,在209VS?LJ獲得最高的產(chǎn)氣率9 3

3、 8. 6 mL ? gVS一。在調(diào)節(jié)pH的條件下，最高有機(jī)物濃度可 達(dá)到459VS?L 1,在169Vs ?L. 1獲得最高的產(chǎn)氣率9 9 1. 0 m L? g V S，而且調(diào)節(jié)p H后甲烷含量均有不同程度的提高。同時(shí)還對(duì)不同污泥 接種量對(duì)產(chǎn)氣性能的影響進(jìn)行研究，結(jié)果表明F/M比為0. 3 6時(shí)不僅縮短了反 應(yīng)時(shí)間而且獲得很好的產(chǎn)氣效果。I北京化工大學(xué)碩上學(xué)位論文在批式反應(yīng)的基礎(chǔ)上還利用C S TR反應(yīng)器對(duì)連續(xù)進(jìn)料的餐廚垃圾進(jìn)行了單相 序批式厭氧產(chǎn)氣性能分析，并對(duì)比了不同水力停留時(shí)間對(duì)其的影響，結(jié)果得出在水 力停留時(shí)間固定在3 0天的條件下最高負(fù)荷率可以達(dá)到2 . 7 5 9 Vs ? L

4、 1 / d，最佳負(fù)荷為2.259VS ?Lq.d.l,產(chǎn)氣率達(dá)到7 8 7.0 mL ? g V S o ? d . 1 ,而固定進(jìn)料濃度情況下最高負(fù)荷只能達(dá)到2 . 5 9 V S ? L q. d. 1,在2. 25gVS J d。產(chǎn)氣率最高，達(dá)到7 2 3. 9 mL ? gVS 1. d 1。因此隨著負(fù)荷的提高，要保證足夠的水力停留時(shí)間，否則 較高的負(fù)荷將超過(guò)微生物的分解能力而導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。關(guān)鍵詞：餐廚垃圾沼氣厭氧發(fā)酵HAB S TRACTSTUDYoNCHARACTERISTICSANDANAERoBIC DIGESTIONPERFORM【ANCEoFKITC H ENWA S T

5、 EA B S TRACTK i tchenwas teas t h e m a i ncomponen tofmun i c ipalwas tewi thhighmoi sturea ndh i gh o rgan i chasbecomeoneo f thekeyen vironmentalproblemsi d e r e damostpro g t h i s k i n d otowas te rproduct i onandtreatedfirst1y,dataonkiteristicdi n e d . Therem o s t o f k ii 1 1 e d o r f o

6、 rThereford i g e s t i o snecessaryi m p o r t a n h e n w a s tewi weredeterm.Anae robm isinga1f wastedueductiono n.Thekim entinBeq u a 1 i tattchenwasi s p o s a 1 ws u 1 t s s h otchenwasf e e d i n g 1e , a n a e r on t r e a t m e andt . T h e c h a ththreem i n e d , thei c d i g e s t it e r

7、 n a t i v eeandcleanetchenwas ti j i n g w a s ii veandquateproduct aysandcos w e d t h a tt e W a s d i r e i v e s t o c k ib i cn t o f k i t c hracteriste a 1 s a n d f o r e s u 1 t s i nonwasconsforhandinn e r g yeproduct i nvestigat n t i t a t i v eioncharact wereattac t1y1andf1 legal 1 y .

8、e nwastewai csofkitcurseasons dicatedthatthreekindsofkitchenwas teshoweds i g ni f i c a n t d i f f ee n c e s . V S/T S, C, N, c r u d e p ro t e i n a n s t e w e r e h i 1 e t h e e r e h i g h r t e r s h a nature,d c r u d e f 1 o w e r t h content e r . Kite d n o s i g n V S/T S m aa t o f b

9、 r e a n 1 u n c h o f s o 1 u b h e n w a s t i f i c a n t i n t a i n ea k f a s t k a n d d i n n 1 e s u g a r e i n d i f f d i f f e r e d a t 7 0 % Ii t c h e n w a e r w a s tew a n d s a 1 t w erentqua n c e i n t h e I I北京化工大學(xué)碩上學(xué)位論文80%, totalni t rogencontentwasbetwee n2%and3%. T h e t o

10、t a 1 solublesugarwasthem o s t i n a 1 1 theoran i ccompounds, f o 1 1 o w e d b y f a t s , proteins, f i b e r .Thi sart ic leevaluatedthebatchfermen tat i o n o fdi f fe rentVSconcent rat ionki tchenwast e w i t h a n d w i t h o u t p Hadj ust ionat35o C. Theresul tsshowedth atmaximumoraganicco

11、ncentrationcal 1 r e ach 259Vs ?L. Iwi thoutpHadj ust ionandhig hestbiogasyield938. 6 mL ? gVS。1wasach i evedat209VS ?L1. Itcanreach4 59VS? L. Iwi thpHadj ust ionand? gVthehighestbiogasyieldwas991. 0mLSatl 69Vs ? L-l. Methanecontenth entextentsw f d i f f e r e n t erobicdige d . A p p r o p r i ort

12、enthere gasproducta a d e e n i ni t h p H a d j inoculum s t i o n p e r a t e i n o c u a c t i o n t i ion.creaseainu s t i o n . T h p r o p o r t i o formancew 1 u m ( F/M= O meandobtat h e d i f f e reeffectso nontheanaa s s t u d i e.3 6) c a n s hi n g o o d b i oCSTRdi ges torwas i nt roduc

13、edtoevalueo ne phaseanaerobicdigestionperformanc e o f c o n t i n u o u s f e e d k i tchenwas teandimpa c t o f d i fferentHRTwas s tudi 6d. Themax imuml oadi ngratecanreach2. 759Vs?L. 1. d. 1. whenHRTwas3 0 d, t h e o p t imalbiogasgenerat i o n w a s 7 8 7. OmL? gVS i 7 d 1at2.25gVS? Lq. dl. whe

14、nthefeedconcentrat ionwas f ixed, 2. 59V S?L. l?d. Iwasachievedasthehighest load ingratewhilethehighestbiogasyieldwas 7 2 3.9m L ? g V S 1 d lat2. 259Vs? L 1d . Astheloadingrate i n c r e a s e d , adequa t eHRTWa s nee de dtoensureenoughmi c ro organi sms forde compos t ingorganicmatters. KEYWORDS:

15、 kitchenwaste, biog a s , anaerobicdigest ion符號(hào)說(shuō)明KWH UTSRTTSVSCSTRTAN, n (NT C TN刪COD符號(hào)說(shuō)明K i tchenwas t eSludgeCompletelystirredtankreactorT 0 t a 1 a m m o n i a n i t r o g e nT 0 t a 1 k j e d g h 1 n i t r o g e nTOtalcarbonTotalnitrogenV o 1 a t i lefattyacidsChemi ca 1 oxygendemand)(11餐廚垃圾水力停留

16、時(shí)間污泥停留時(shí)間總固體揮發(fā)性固體完全混合式反 應(yīng)器氨氮?jiǎng)P氏氮總碳總氮揮發(fā)性脂肪酸化學(xué)需氧量北京化工大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工 作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體 己經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均己在 文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：疊J噬日期：關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明.! o t o .萬(wàn).2學(xué)位論文作者完全了解北京化工大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研 究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬北京化工大學(xué)。學(xué)

17、校有權(quán)保留并 向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué) ?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段 保存、匯編學(xué)位論文。保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密范圍，在上年解密后適用本授權(quán)書。非保 密論文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書。作者簽名：引監(jiān)日期：皇！也：蘭導(dǎo)師簽名：.耋烏鎏 豐.日期：z左二詹！之第一章緒論1 . 1概述第一章緒論隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)的城市生活垃圾的產(chǎn)生量 迅速增加。目前中國(guó)有1/3的城市被垃圾所包圍，垃圾累積堆存量達(dá)6 0多億 噸，侵占土地7 5萬(wàn)畝，嚴(yán)重污染了地下水。2

18、0 0 5年，中國(guó)城市生活垃圾清運(yùn) 量為1. 56xl08t, 2 0 0 7年達(dá)到1 . 7 7 x 1 0 8 t ,生活垃圾無(wú)害化 處理率為6 2 %【1】【2 1。隨著生活水平的上升，中國(guó)城市生活垃圾的組分發(fā) 生了明顯的改變，城市生活垃圾中的有機(jī)成分與無(wú)機(jī)成分分別以每年7 %左右的比 例遞增與以1 0 %左右的比例遞減。大城市的一些小區(qū)生活垃圾中有機(jī)物干基比例 能達(dá)到9 0%o目前，城市生活垃圾中含水率高、易腐熟的廚余垃圾的含量越來(lái)越 高，據(jù)調(diào)查全國(guó)七個(gè)城市的廚余垃圾平均含量達(dá)到5 2.6% (見表1 . 1) 1 31 : 4 1 o表1 - 1各主要大城市生活垃圾產(chǎn)量及餐廚垃圾比例

19、Tablel ISol idwastedai Ivproduct iona ndrateofki tchenwasteinseveral 1 a r g e c i ties -日產(chǎn)生活垃圾量日產(chǎn)餐廚垃圾餐廚垃圾所占比例城市(t)(t)(%). 2餐廚垃圾性質(zhì)及其危害餐廚垃圾也稱泊腳廢棄物，是居民在生活消費(fèi)過(guò)程中必然產(chǎn)生的一種極易腐爛 變質(zhì)的剩飯、剩菜，也是生活垃圾主要組成部分，主要產(chǎn)生于居民日常生活、高校 及企事業(yè)食堂、各種酒店餐館等，其主要成分為米飯、面食類殘余物、肉類、蔬 菜、骨頭、雞蛋皮、西瓜皮等。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平及人民生活水平的提高，各種飯店酒樓的規(guī)模越來(lái)越大，人 們的生活習(xí)慣也發(fā)生

20、一定的變化，餐廚垃圾的產(chǎn)生量已經(jīng)呈現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)， 我國(guó)每年餐廚垃圾的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到9 0 0 0萬(wàn)噸，北京、上海、廣州等大城市的餐 廚垃圾日產(chǎn)量均超過(guò)1 0 0 0 t 5 1。韓國(guó)的日產(chǎn)餐廚垃圾已達(dá)到1 3 0 0 0 t ,占生活垃圾的2 7% t 6 1。日本每年的生活垃圾(包括商業(yè)垃圾)的總量為 5 0 0 0萬(wàn)t ,其中餐廚垃圾為2 0 0 0萬(wàn)t ,占北京化工大學(xué)碩上學(xué)位論文生活垃圾總量的4 0% t r 1 o目前世界上任何一個(gè)城市都面臨著垃圾處理的 問(wèn)題，餐廚垃圾的產(chǎn)生和處理也是當(dāng)前需要解決的一大難題。在日本、德國(guó)等發(fā)達(dá) 國(guó)家，垃圾分類工作做的很好，因此減輕了后續(xù)垃圾處理的

21、負(fù)擔(dān)，在我國(guó)，垃圾分 類工作目前還沒有切實(shí)落實(shí)，尤其是餐廚垃圾大部分混入生活垃圾，導(dǎo)致了處理的 難度，因此餐廚垃圾的處理處置應(yīng)該作為一項(xiàng)艱巨的任務(wù)來(lái)執(zhí)行。餐廚垃圾主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)含水率高，餐廚垃圾的含水率一般都能達(dá)到8 0%/ ，90%,因此 流動(dòng)性大，運(yùn)輸不便，非常容易滲漏，熱值較低，處理方法不當(dāng)容易產(chǎn)生二次污 染。(2)有機(jī)物含量高，如粗脂肪、粗蛋白等有機(jī)物含量高，富含N、P、K、 C a及各種微量元素18 1,開發(fā)利用潛力大。(3)餐廚垃圾中油、鹽的含量較高，在進(jìn)行處理時(shí)要綜合考慮該因素，以防 出現(xiàn)油、鹽的抑制或資源化產(chǎn)品的利用率低等問(wèn)題。(4)餐廚垃圾在常溫下就很容易腐爛變質(zhì)

22、，容易滋生病菌，引起各種疾病。 鑒于以上特點(diǎn)，餐廚垃圾的危害主要體現(xiàn)在以下幾方面：(1)影響市容及人居環(huán)境；首先是餐廚垃圾本身的性狀會(huì)影響人的視覺和嗅 覺，另外垃圾在處理過(guò)程中容易產(chǎn)生臭氣、污水等污染環(huán)境。(2)餐廚垃圾被用做飼料來(lái)喂養(yǎng)家畜，由于餐廚垃圾極易腐爛，在運(yùn)輸及儲(chǔ) 存過(guò)程中產(chǎn)生大量的毒素及病菌，被用于家畜飼料后會(huì)直接影響到人類的健康。(3)廢棄廚余垃圾中實(shí)用油的危害，每年有2 0 0萬(wàn)/ 3 0 0萬(wàn)噸地溝 油返回餐桌，會(huì)引起食物中毒甚至致癌。如最近討論熱烈的地溝油問(wèn)題，據(jù)報(bào)道，地溝油中含有大量的毒素，一旦食 用，則(4)餐廚垃圾中的廢棄油脂及固體殘?jiān)襞湃胂滤?，則會(huì)造成堵塞，污

23、染環(huán)境。由此可見餐廚垃圾就是放錯(cuò)了地方的資源，若對(duì)其進(jìn)行有效處理，不僅可以回 收能源，還能減少一定的環(huán)境壓力。1 . 3餐廚垃圾的管理現(xiàn)狀隨著餐廚垃圾的數(shù)量增長(zhǎng)及社會(huì)對(duì)餐廚垃圾處理即資源化利用關(guān)注度的提高， 各省市地區(qū)已經(jīng)對(duì)餐廚垃圾的管理采取了一系列的措施，制定了相關(guān)的制度及政 策。上海市2 0 0 5年4月1日起正式施行上海市餐廚垃圾處理管理辦法，其 中對(duì)餐廚垃圾的收運(yùn)、處置及資金管理的主要措施進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。北京市從2 0 0 6年1月日起開始實(shí)行北京市餐廚垃圾收集運(yùn)輸管理辦法，同時(shí)制定了 餐廚垃圾車技術(shù)條件【9】o目前，我國(guó)的餐廚垃圾管理還處于起步階段，還存在一些問(wèn)題，例如(1)收 集

24、2第一章緒論無(wú)序，處理不規(guī)范；一般的小餐館或家庭產(chǎn)生的垃圾都直接混入生活垃圾或混 入污水中進(jìn)入下水道，大型餐館的垃圾即用于養(yǎng)豬等，還有最近熱議的地溝油問(wèn)題 均是處理不規(guī)范的表現(xiàn)；（2）法規(guī)滯后，執(zhí)法困難【10；由于餐廚垃圾產(chǎn)生 量大，涉及的范圍較廣，一般的政策法規(guī)很難面面俱到，加之監(jiān)督力度不夠，導(dǎo)致 執(zhí)行困難。針對(duì)以上現(xiàn)狀，我國(guó)的餐廚垃圾要形成一套完整的處理體系，還需從宣 傳、法律法規(guī)、市場(chǎng)、試點(diǎn)工程建設(shè)等方面進(jìn)行改革與實(shí)施。1 . 4餐廚垃圾的處理技術(shù)現(xiàn)狀目前我國(guó)城市生活垃圾的處理方法主要是填埋、堆肥、焚燒，其比例分別是7 9. 2%、18. 8%、2 %。當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)有1 0多個(gè)城市建立了

25、餐廚垃圾處理 站，終端產(chǎn)品大多為飼料、有機(jī)肥、可燃?xì)獾?，就北京市而言，目前有朝?yáng)高安 屯、通州董村、海淀六里屯、大興南宮4座餐廚垃圾處理廠，餐廚垃圾處理能力1 200t?d-o200 5年上地街道建成首座餐廚垃圾資源化集中處理站，對(duì) 轄區(qū)內(nèi)2 7家餐廳產(chǎn)生的3 t多泊水進(jìn)行高速高溫微生物處理【11】。國(guó)內(nèi)外主 要的處理技術(shù)包括物理處理、填埋、堆肥、焚燒、厭氧消化等常用處理技術(shù)，還有 一些現(xiàn)代廢物資源化技術(shù)。1 A. 1常用處理技術(shù)物理處理即不對(duì)餐廚垃圾的性質(zhì)做任何改變，直接進(jìn)行破碎并采用水力沖刷將 粉碎后的廚余垃圾排入污水管道與污水一起進(jìn)入處理系統(tǒng)。該方法主要用于歐美等 國(guó)家，方法操作簡(jiǎn)單，成

26、本較低，但進(jìn)入污水處理系統(tǒng)不僅用水量增大，不適合大 規(guī)模餐廚垃圾的處理處置。餐廚垃圾生化處理機(jī)有消滅型和資源型兩種，前者是對(duì)垃圾進(jìn)行原地消納，后 者是利用高效的菌種對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行快速堆肥或厭氧發(fā)酵，將垃圾轉(zhuǎn)變?yōu)榉柿匣蚩?燃?xì)狻Ｈ毡驹? 9 9 3年研制出M S-N4 0和M S . N 3 1兩種廚房垃圾處理 機(jī)，34h可以處理0. 7kg垃圾02。在我國(guó)最早都是采用國(guó)外的技 術(shù)及商品，近年來(lái)國(guó)內(nèi)開始自主研發(fā)，如江蘇某制造有限公司自行研制處理機(jī)，但 處理技術(shù)的成熟度還有待提甜13】。填埋法是一種投資少、易操作，可以生產(chǎn)含腐殖質(zhì)較高的有機(jī)肥料，實(shí)現(xiàn)廢物 的無(wú)害化與資源化的方法，但減容少、占地大，

27、造成資源的浪費(fèi)及生活垃圾中營(yíng)養(yǎng) 價(jià)值的損失，而且放出大量的溫室氣體污染環(huán)境，產(chǎn)生的滲濾液不僅會(huì)污染地下 水，而且造成土壤的污染【14】。韓國(guó)從2 0 0 5年起就禁止填劃1 5 1。歐 盟、日本和美國(guó)等國(guó)家的有關(guān)政策，都提出了進(jìn)一步限制進(jìn)入填埋場(chǎng)垃圾有機(jī)物含 量的規(guī)定【1 6 J。堆肥即在人工控制條件下，利用自然界存在的微生物對(duì)餐廚垃圾中的有機(jī)物進(jìn) 行氧化分解并趨于穩(wěn)定的過(guò)程。國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的是高溫機(jī)械堆肥，是采用高溫 嗜熱3北京化工大學(xué)碩上學(xué)位論文微生物對(duì)廚余垃圾進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵溫度高，速度快【1 s】。呂凡、何晶晶等 【19】研究餐廚垃圾在高溫好氧生物消化工藝下的控制條件優(yōu)化。最新發(fā)展起來(lái)

28、的蚯蚓堆肥法也得到廣泛的應(yīng)用，是利用蚯蚓吞食餐廚垃圾中大量有機(jī)物質(zhì)，將有 機(jī)物轉(zhuǎn)化為自身或其他生物可以利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)【2 0】。但含水率大的蔬菜、水 果、食堂和小區(qū)廚余等城市生活垃圾未經(jīng)預(yù)處理就不適合好氧堆肥，加上餐廚垃圾 的含鹽量較高使肥效降低，因此限制了堆肥產(chǎn)品的銷售及堆肥技術(shù)的發(fā)展。焚燒是通過(guò)高溫?zé)峄瘜W(xué)處理將垃圾燃燒成灰渣，灰渣再運(yùn)到填埋場(chǎng)填埋。焚燒 法處理垃圾體積減少可達(dá)9 0%,周期短、占地少、有效消除病原菌，可回收熱量 和連續(xù)操作。但像廚余垃圾含水量大，熱值達(dá)不到燃燒所需的熱值(5 0 0 0 KJ ? k 9 1 )要求，而且燃燒法一次性投資大，運(yùn)行費(fèi)用高且產(chǎn)生S 0 2、NO

29、惡英、吠喃等有害氣體，因此焚燒法處理廚余垃圾存在投資大，尾氣排放受限制等 也難于廣泛應(yīng)用【211。厭氧消化即在厭氧條件下垃圾中的有機(jī)物在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧 化碳。厭氧處理不僅節(jié)省了好氧處理中氧氣供應(yīng)的費(fèi)用，而且lOOOkgCOD 轉(zhuǎn)化成的甲烷相當(dāng)于1 2 x 1 0 6 k j熱能【221。由于餐廚垃圾的含水率(1 5 %2 0%)為厭氧消化適合的范圍，不需要進(jìn)行水分調(diào)節(jié)即可進(jìn)行消化，且C/N比（1 0%2 5%）也處于厭氧消化最適范圍（2 0%3 0%）。關(guān) 于厭氧消化技術(shù)及工藝研究已經(jīng)逐步進(jìn)入成熟階段，厭氧消化已經(jīng)成功的運(yùn)用于各 國(guó)生活垃圾（包括餐廚垃圾）的處理中。美國(guó)在1 9

30、 7 9年建立了世界上第一個(gè)年 處理5 0 0 0 t的生活垃圾發(fā)酵實(shí)驗(yàn)工廠，我國(guó)上海普陀垃圾綜合處理廠的厭氧發(fā) 酵采用VALORGA工藝，是世界上最大的垃圾厭氧處理廠。1.4.2其他資源化利用技術(shù)餐廚垃圾的處理及利用技術(shù)還有飼料化、生物制氫和可降解塑料等。飼料化是 將廚余垃圾進(jìn)行粉碎后，經(jīng)過(guò)脫水、生物發(fā)酵、軟硬分離、滅菌后，將垃圾變?yōu)楦?熱量、高蛋白的飼料。鄒蘇煥【2 3】等利用多種酵母菌和霉菌對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行混 合發(fā)酵，篩選其中優(yōu)勢(shì)菌種并進(jìn)行正交試驗(yàn)驗(yàn)證.但餐廚垃圾作為飼料的生產(chǎn)周期 較長(zhǎng)，產(chǎn)品單一，且存在菌種管理的安全問(wèn)題。2 0 0 3年1月1日實(shí)施的青島 市無(wú)規(guī)定動(dòng)物疫病區(qū)管理辦法規(guī)定

31、，飼養(yǎng)動(dòng)物不得使用賓館酒店廢棄的廚余沿 水、生活垃圾、過(guò)期變質(zhì)的廚余和飼料及國(guó)家禁止使用的動(dòng)物源性飼料7 1。生物制氫是通過(guò)產(chǎn)氫發(fā)酵細(xì)菌的生理代謝對(duì)有機(jī)物進(jìn)行發(fā)酵，與化學(xué)法制氫相 比，具有可再生性，有機(jī)物利用范圍廣，工藝簡(jiǎn)單，易于操作，具有一定的發(fā)展?jié)?力1 2 4 1 251。有大量的研究分別針對(duì)葡萄彈、脂肪、蛋白質(zhì)進(jìn)行了厭氧產(chǎn) 氫的機(jī)理探索261 27 281,以達(dá)到產(chǎn)氫率的提高并獲得產(chǎn)氫的過(guò)程 機(jī)理。但目前大部分的研究還集中在批式或小試階段，高效的產(chǎn)氫反應(yīng)器及過(guò)程模 擬與控制還有待進(jìn)一步研究。可降解生物塑料主要是利用餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸合成聚乳酸作為可生物降 4第一章緒論解塑料的原料，

32、替代原有的難降解的以聚乙烯、聚丙烯等為主要成分的塑料， 不僅解決了廚余垃圾的處理問(wèn)題，而且為塑料的生產(chǎn)開辟了條成本低、效益高的 途徑。但由于該技術(shù)成本較高，因此目前還難以達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)。餐廚垃圾的處理未來(lái)的發(fā)展方向也將是以 減量化無(wú)害化資源化”為原則, 開辟一條集收集、運(yùn)輸、處理、再利用為一體的可持續(xù)發(fā)展道路，為我國(guó)的環(huán)境減 輕污染負(fù)荷，同時(shí)將有機(jī)物有效回收利用來(lái)替代化石燃料等的消耗。1. 5厭氧消化技術(shù)原理及影響因素1.5.1厭氧消化原理厭氧消化是有機(jī)物在無(wú)氧條件下，依靠兼性厭氧菌和專性厭氧菌的作用轉(zhuǎn)化成 甲烷和二氧化碳等，并合成自身細(xì)胞物質(zhì)的生物學(xué)過(guò)程，是實(shí)現(xiàn)有機(jī)固體廢物無(wú)害 化、資源化的

33、一種有效的方法。隨著厭氧微生物學(xué)的發(fā)展及厭氧消化過(guò)程的不斷研 究，厭氧消化的原理經(jīng)歷了兩階段理論、三階段理論及四階段理論三個(gè)發(fā)展過(guò)程， 其機(jī)理如圖1. 1,常被研究者利用的是三階段理論。.該理論是1 9 7 9年由M. P. Bryan t根據(jù)對(duì)產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌 的研究結(jié)果提出的。第一階段即產(chǎn)酸階段，垃圾中的有機(jī)物，如糖類、脂肪和蛋白 質(zhì)在產(chǎn)酸菌的作用下被分解成低分子物質(zhì)，這些物質(zhì)以揮發(fā)性脂肪酸為主，因此在 該階段pH值會(huì)下降；第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，產(chǎn)甲烷菌并不能利用所有第一 階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，而像長(zhǎng)鏈脂肪酸和醇類需要再經(jīng)過(guò)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用將其 轉(zhuǎn)化為可以被產(chǎn)甲烷菌利用的產(chǎn)物，第

34、三階段為產(chǎn)甲烷階段，前兩個(gè)階段產(chǎn)生的中 間產(chǎn)物在產(chǎn)甲烷菌的作用下被分解成甲烷和二氧化碳。在該階段中，由于大量的有 機(jī)酸被不斷轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳，同時(shí)系統(tǒng)中有NH4+的存在，使發(fā)酵液pH 值升高，所以該階段也稱為堿性發(fā)酵階段。厭氧消化實(shí)際上是一個(gè)具有不同功能的不同種微生物與污染物，在厭氧消化這 樣一個(gè)生態(tài)環(huán)境中共同生存、相互依賴、相互制約的生態(tài)平衡系統(tǒng)，是一個(gè)復(fù)雜的 生物化學(xué)過(guò)程。深刻的認(rèn)識(shí)厭氧消化的各個(gè)階段的反應(yīng)機(jī)理及影響因素有助于改進(jìn) 和提高厭氧處理廢棄物的工藝。5北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖1 - 1厭氧消化有機(jī)廢棄物反應(yīng)機(jī)理圖Fig. 1 IReac t ionschemeforanae

35、robicd igest ionoforganicmaterial2厭氧消化的優(yōu)點(diǎn)厭氧消化由于它較高的經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)能效益已經(jīng)引起越來(lái)越多的關(guān)注，在處理垃 圾放方面主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)厭氧消化不需要氧氣，可以減少動(dòng)力消耗、節(jié)約能源、減少成本；(2)對(duì)有機(jī)負(fù)荷承受力強(qiáng)，反應(yīng)器效能高，容積小，占地面積小，可降低基 建成本，又能達(dá)到很好的處理效果；(3)厭氧過(guò)程中沒有與氧相隨的微生物合成，因此剩余污泥量少，減少了處 置費(fèi)用且生成的污泥較穩(wěn)定；(4)可以回收沼氣能源、降低污染負(fù)荷，同時(shí)也減少了溫室效應(yīng)氣體的排放 量；(5)發(fā)酵殘留物可經(jīng)過(guò)滅菌等操作轉(zhuǎn)化為土壤添加劑或肥料，增加其經(jīng)濟(jì)效 益；6第一章緒

36、論總之，厭氧消化實(shí)現(xiàn)了 無(wú)害化、減量化與資源化m ,在生物質(zhì)有效利用方面 有著巨大的貢獻(xiàn)。1. 53厭氧消化影響因素1 . 5 . 3 . 1 p H 值p H值是影響餐廚垃圾厭氧消化的重要因素，p H值是通過(guò)影響微生物的活性 進(jìn)而影響整個(gè)厭氧消化過(guò)程。在單相厭氧過(guò)程中，由于產(chǎn)酸與與產(chǎn)甲烷在同一反應(yīng) 器中進(jìn)行，一般p H值范圍在6 . 87 . 2之間最適合厭氧消化過(guò)程的進(jìn)行。當(dāng) pH值過(guò)低時(shí)，會(huì)使產(chǎn)酸發(fā)生不可逆的抑制，從而影響整個(gè)消化過(guò)程。在兩相厭氧 消化過(guò)程中，酸化反應(yīng)器中調(diào)節(jié)不同的pH值可選擇特定的產(chǎn)酸微生物種群，從而 控制產(chǎn)酸途徑及后續(xù)的產(chǎn)甲烷過(guò)程，p H值對(duì)產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)繁殖有重要的

37、影響， 過(guò)高或過(guò)低的p H值將降低產(chǎn)甲烷菌的活性，甚至致其死亡。L a y等【2 9】發(fā)現(xiàn)對(duì)于以產(chǎn)甲烷為主要目的的厭氧過(guò)程來(lái)說(shuō)，p H值為 6. 6到7. 8范圍內(nèi)，水分含量為9 0 %, ，9 6 %時(shí)的產(chǎn)甲烷速率較高，p H值低于6. 1或高于8. 3時(shí)，產(chǎn)甲烷效率會(huì)明顯下降甚至有可能會(huì)停止。尤其 在發(fā)酵初期，由于系統(tǒng)產(chǎn)生大量有機(jī)酸，若pH控制不好則會(huì)導(dǎo)致局部酸化，延長(zhǎng) 發(fā)酵周期，進(jìn)而破壞整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)。張波【3 0 1通過(guò)間歇實(shí)驗(yàn)研究了3種不同的 pH值調(diào)節(jié)方法（利用NaOH溶液調(diào)節(jié)初始進(jìn)料pH到7 ,利用NaOH和Ca （OH） 2混合堿液每1 2 h調(diào)節(jié)p H到7和利用調(diào)節(jié)C/N比調(diào)節(jié)

38、p H到7）對(duì) 酸化產(chǎn)物的影響，該3種方法均能降低酸化產(chǎn)物中Na+的含量，但第3種方法獲 得最佳效果，一級(jí)水解速率常數(shù)達(dá)到0 . 1 9 9 d 1 ,乳酸濃度在很短時(shí)間內(nèi)達(dá)到 最高，而丙酸不是優(yōu)勢(shì)組分，對(duì)后續(xù)的產(chǎn)甲烷提供了充足的基質(zhì)。由于p H值能夠及時(shí)快速的反映厭氧反應(yīng)器的的性狀，許多垃圾處理廠的實(shí)際 運(yùn)行都通過(guò)監(jiān)測(cè)p H值來(lái)判斷厭氧消化的正常進(jìn)行。1 . 5 . 3 . 2 溫度溫度對(duì)厭氧消化的影響主要體現(xiàn)在通過(guò)影響厭氧微生物體內(nèi)某些酶的活性，進(jìn) 而影響微生物的生長(zhǎng)代謝，另外還直接影響有機(jī)固體廢物在反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程及 中間產(chǎn)物的形成過(guò)程。任一種微生物，在一定溫度范圍內(nèi)，其生長(zhǎng)代謝及有機(jī)

39、物的 發(fā)酵速率均隨溫度的升高而加快，根據(jù)V an t H o f f定律，在一個(gè)嚴(yán)格的溫 度范圍內(nèi)，溫度每升高1 0C化學(xué)反應(yīng)速度加快1倍，當(dāng)超過(guò)某一最適溫度時(shí)，微 生物的代謝即隨溫度提高而迅速下降，有時(shí)系統(tǒng)還會(huì)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的影響。有機(jī)固體廢棄物的厭氧消化一般在中溫（3 5 C）或高溫（5 5 C）下進(jìn)行。 一般情況下，高溫反應(yīng)要比中溫反應(yīng)產(chǎn)生更多的能量，可以縮短有機(jī)物的停留時(shí) 問(wèn)，對(duì)反應(yīng)器的容積要求小，對(duì)有機(jī)廢物的降解和病原菌的殺滅更有效。甲烷菌對(duì)溫度的急劇變化非常敏感，即使溫度只降低2 C,也能立即產(chǎn)生不良影響，產(chǎn)氣下 降，溫度再次上7北京化工大學(xué)碩十學(xué)位論文升才又開始慢慢恢復(fù)其活性。另一

40、方面，如果溫度上升過(guò)快，當(dāng)出現(xiàn)很大溫差 時(shí)會(huì)對(duì)產(chǎn)氣量產(chǎn)生不良影響。因此，厭氧發(fā)酵過(guò)程還要求溫度相對(duì)穩(wěn)定，一天內(nèi)的 變化范圍在2 C以內(nèi)為宜。Bouallagui 31等利用管狀反應(yīng)器研究了水果及蔬菜垃圾的低 溫、中溫和高溫消化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高溫消化產(chǎn)氣比低溫和中溫消化的產(chǎn)氣量分別高出 1 4 4%和4 1 %。但高溫需要的動(dòng)力要求高，反應(yīng)也不穩(wěn)定，容易發(fā)生有機(jī)酸抑 制【32】。K. Komemoto等【33】分別在25、35、45、55、 6 5 C條件下研究了餐廚垃圾的水解和酸化效率，結(jié)果表明在3 5 C和4 5 C下可 以達(dá)到7 0 %和7 2 . 7 %的水解率，同時(shí)獲得較高的產(chǎn)氣率，而在高

41、溫條件下， 由于微生物的活性受到抑制，只有在早期有較高的水解率，停留時(shí)間較短，但產(chǎn)氣 率較低。1 . 5 . 3 . 3 C/N微生物的生長(zhǎng)代謝不僅需要一定量的C和N,而且要保證一定的比例才能維持 正常的生命活動(dòng)，主要通過(guò)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖及代謝產(chǎn)物的形成和積累而影響 產(chǎn)氣量，一般厭氧發(fā)酵適合的C/N比為1 3/1-2 8/1 ,適宜的C/N能促 進(jìn)發(fā)酵底物中各種有機(jī)物的快速分解，并產(chǎn)生足夠的產(chǎn)甲烷底物，但不會(huì)造成積累 而導(dǎo)致發(fā)酵液酸化從而影響產(chǎn)甲烷菌的活性。若C/N過(guò)高，容易導(dǎo)致酸化，系統(tǒng) 緩沖能力差，C/N比過(guò)低時(shí)容易導(dǎo)致氨氮濃度提高而對(duì)消化過(guò)程產(chǎn)生抑制。有學(xué) 者對(duì)不同C/N比的豬糞和風(fēng)

42、干稻草混合物料進(jìn)行批式發(fā)酵研究，得出C/N比對(duì) 發(fā)酵啟動(dòng)過(guò)程及產(chǎn)氣量的影響不大，但對(duì)啟動(dòng)階段氣體中甲烷含量有較大影響，C /N比越高，甲烷含量越高，C/N比在2 8/1 3 8/1之間均能得到良好 的產(chǎn)氣效果，因此可以選用較高C/N比的接種物來(lái)提高啟動(dòng)階段CH4含量，并 調(diào)節(jié)物料的C/N比為2 8/1 3 8/1 3 4 1。在有機(jī)物厭氧消化過(guò)程中，氮的平衡是非常重要的因素，進(jìn)入消化系統(tǒng)的硝酸 鹽能被還原成氮?dú)獯嬖谟趨捬跸到y(tǒng)中。在微生物增長(zhǎng)繁殖的同時(shí)只有少量的氮 被細(xì)胞利用，大部分可生物降解的有機(jī)氮被還原為消化液中的氨氮，在厭氧消化的 四種微生物中受氨氮抑制影響最大的是產(chǎn)甲烷菌。在厭氧消化

43、過(guò)程中，氨氮主要來(lái) 自與含氮有機(jī)物的降解及蛋白質(zhì)、氨基酸的分解，適量濃度的氨氮是必需的，但如 果其濃度過(guò)高就會(huì)快速抑制甲烷菌的活性.氨氮的抑制機(jī)制已經(jīng)被眾多研究者研 究，例如細(xì)胞內(nèi)pH的變化，能量需求的變化以及酶反應(yīng)的抑制等f(wàn) 3弓I。蔣建國(guó)等【36】研究了餐廚垃圾厭氧消化過(guò)程中氨氮濃度的變化及抑制情 況，當(dāng)氨氮濃度在8 0 d達(dá)到1700mg? L- 1時(shí)就產(chǎn)生了對(duì)甲烷菌的抑制【3刀，產(chǎn)氣速率下降，從1 1 6 d， 1 2 6 d開始投加葡萄糖以提高料液的 碳氮比，氨氮濃度降低，系統(tǒng)逐漸進(jìn)入穩(wěn)定，當(dāng)氨氮濃度再次提高到3 0 0 0 m g ? L- 1時(shí)未發(fā)生抑制，這是長(zhǎng)期馴化的結(jié)果。也有

44、研究表明當(dāng)氨氮濃度達(dá)到4 0 5 1 5737mg ?L 1時(shí)，產(chǎn)酸菌幾乎不受影響但產(chǎn)甲烷菌已經(jīng)失去5 6.5 %的活性。在過(guò)去的研究中對(duì)于氨氮抑制對(duì)分解乙酸菌和氫營(yíng)養(yǎng)型菌的影 響還存在不同8第一章緒論的觀尉3 8 1 ,有些人通過(guò)對(duì)比產(chǎn)氣率和微生物增長(zhǎng)速度比較得出對(duì)乙酸分解 菌的抑制作用要比對(duì)氫營(yíng)養(yǎng)型菌的抑制作用強(qiáng)，但也有研究學(xué)者認(rèn)為乙酸分解菌對(duì) 高濃度氨氮的抵抗作用要比氫營(yíng)養(yǎng)型菌高。. 5 . 3 . 5 堿度堿度是中和厭氧反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸和維持系統(tǒng)p H穩(wěn)定的主要物質(zhì)，也 是厭氧反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)。堿度通常分為總堿度和碳酸氫鹽堿度，總堿度 不能很好的反應(yīng)厭氧體系的緩沖能力，部

45、分堿度即碳酸氫鹽堿度才能對(duì)系統(tǒng)中揮發(fā) 性有機(jī)酸的抑制效應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控，真正的反應(yīng)出系統(tǒng)的緩沖能力。也只有當(dāng)碳酸氫鹽堿度達(dá)到一定的范圍時(shí)才能對(duì)有機(jī)酸的積累起到緩沖作用，因此在實(shí)際運(yùn)行中要隨 時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中碳酸氫鹽堿度的大小。當(dāng)系統(tǒng)中產(chǎn)生大量揮發(fā)性脂肪酸，超過(guò)堿度的 緩沖作用，體系的pH值將會(huì)迅速下降，產(chǎn)生產(chǎn)甲烷菌的抑制。有研究表明，堿度 對(duì)污染物的降解性能有很大影響。在厭氧處理印染廢水過(guò)程中，當(dāng)堿度從3 0 0 0 r a g ? L 1降到5 5 0 mg ? L. 1時(shí)對(duì)C OD去除率沒有多大影響，當(dāng)堿度 下降到2 5 0 r a g ? L- 1時(shí)C OD去除率從8 8 %下降到6 8J。. 5

46、 . 3 . 6預(yù)處理在厭氧消化之前對(duì)廚余垃圾進(jìn)行預(yù)處理，不僅可以促進(jìn)后續(xù)的厭氧消化過(guò)程， 而且可以減少成本，提高產(chǎn)氣率。常用的預(yù)處理方法主要有機(jī)械預(yù)處理、化學(xué)預(yù)處 理和生物預(yù)處理M。機(jī)械預(yù)處理主要是通過(guò)機(jī)械、熱的作用減小物質(zhì)的體積及分子 的復(fù)雜度，提高反應(yīng)的接觸面積，如對(duì)原料進(jìn)行切碎、粉碎。有研究表明將廚余垃 圾先在.2 0 C冷凍2 4 h再在2 5 C下解凍1 2 h ,可以提高酸化反應(yīng)器中消化 液的可溶性COD濃度及VFA濃度，從而提高了產(chǎn)甲烷速率與效率【4 1】?；?學(xué)預(yù)處理是利用化學(xué)試劑對(duì)原料進(jìn)行浸泡或酸/堿處理，該方法已經(jīng)成功的應(yīng)用于 秸稈預(yù)處理，康佳麗等采用氫氧化鈉對(duì)麥秸進(jìn)行固

47、態(tài)化學(xué)預(yù)處理，結(jié)果表明經(jīng)6 % 氫氧化鈉處理后的麥秸單位T S產(chǎn)氣量提高了4 9.9%,消化時(shí)間縮短了1 9 d。生物預(yù)處理即利用微生物的作用將原料在反應(yīng)前進(jìn)行水解使其更加容易降解， 可以提高后續(xù)厭氧處理的效率。潘亞潔等【4 2】提出利用白腐茵進(jìn)行生物預(yù)處 理，制備容易被厭氧細(xì)菌發(fā)酵的降解液，提高產(chǎn)氣效率。S. Hasegawa等 從高溫反應(yīng)器中分離出了能分解融化固體廢棄物的嗜溫微生物來(lái)處理污水污泥，沼 氣產(chǎn)量提高5 0%。.5.3. 7水力停留時(shí)間水力停留時(shí)間（HRT）是描述有機(jī)物在反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)的時(shí)間。對(duì)于固定的反 應(yīng)器容積，HRT越大，廢棄物的反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，HRT越小廢棄物處理的時(shí)間越 短

48、，但會(huì)引起負(fù)荷過(guò)高而導(dǎo)致反應(yīng)失敗。根據(jù)不同的底物，單相連續(xù)厭氧反應(yīng)器的 水力停留時(shí)間一般在2 0 d左右，兩相厭氧反應(yīng)系統(tǒng)中，各相的水力停留時(shí)間在21 0 d左右。B. Rincon 43等研究了橄欖枝固體廢棄物單相厭 氧中停留時(shí)間的影響，有機(jī)負(fù)荷和停留時(shí)間分別在0 . 8-11. 0 9 COD ? L -110 8 -7 1 7大，結(jié)果發(fā)現(xiàn)甲烷產(chǎn)率最高為1 . 7 L ? d，有9北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文機(jī)負(fù)荷和停留時(shí)間分別為9.29COD?L 1和17天。當(dāng)負(fù)荷大于9. 29COD?L 1,停留時(shí)間為小于1 7天時(shí)，系統(tǒng)開始不穩(wěn)定，最后到反 應(yīng)失敗。. 5 . 3 . 8接種量接種污泥是

49、為厭氧消化系統(tǒng)提供微生物，接種物的數(shù)量和質(zhì)量對(duì)厭氧消化的產(chǎn) 氣性能及系統(tǒng)穩(wěn)定性有很重要的影響，若接種物濃度較低，可供利用的微生物數(shù)量 太少，產(chǎn)甲烷菌需要一個(gè)富集的過(guò)程，由于產(chǎn)酸速度要比產(chǎn)甲烷快，容易造成酸積 累。當(dāng)接種量過(guò)大時(shí)，反應(yīng)器的容積要求較高，則成本增加。并且接種物增大后在 一定的營(yíng)養(yǎng)條件下，微生物達(dá)到一定數(shù)量后營(yíng)養(yǎng)的相對(duì)缺乏會(huì)導(dǎo)致生存競(jìng)爭(zhēng)，從而 降低了微生物的活性。一般接種污泥是料重的2 0 。3 0%LE較好，并且隨 著固體含量的提高接種量也應(yīng)提甜州。Nai lathambi在研究不同接種量對(duì)一種草料降解的影響時(shí)也發(fā)現(xiàn)氣 體產(chǎn)量隨接種量的提高而提高f 4 5 1。也有研究證明接種量的

50、不同將影響厭氧消 化的反應(yīng)效率，采用不同TS濃度和不同接種量在5 5 c下進(jìn)行批式實(shí)驗(yàn)研究，結(jié) 果表明TS濃度為2 0%,結(jié)種率為3 0 %的效果最好，甲烷產(chǎn)率達(dá)到4 9 0 mL ? g V S4 6 1。馬磊掣4 7 研究了 6種不同接種量對(duì)餐廚垃圾高溫厭氧消 化的影響，結(jié)果表明總量6 0 0 9的條件下，6 0 0 9餐廚垃圾，5 4 0 9餐廚垃 圾與6 0 9接種物，4 8 0 9餐廚垃圾與1 2吧接種物，4 2 0 9餐廚垃圾與1 8 0 9接種物，3 6 0 9餐廚垃圾與2 4 0 9接種物，3 0 0 9餐廚垃圾與3 0 0 9 接種物這6個(gè)不同的比例中，4 8 0 9與1 2

51、 0 9接種物的比例產(chǎn)氣效果最好，另 外各項(xiàng)過(guò)程指標(biāo)如T S、V S、C O D去除率均達(dá)到最高。污泥的含水率也會(huì)影響 厭氧消化過(guò)程，F(xiàn) u j 1 s h 1 m a等研究了脫水污泥厭氧消化過(guò)程中含水率的影響，當(dāng)進(jìn)入反應(yīng)器中的污泥的含水率由9 7. O%降到8 9. O%時(shí)，有機(jī)固體的 去除率由4 5. 6 %降到了3 3. 8%。. 9消化液回流消化液回流是將消化完的出料經(jīng)離心分離后繼續(xù)回到反應(yīng)器，可以使殘余的有 機(jī)物被微生物利用，也增加了反應(yīng)器內(nèi)微生物的濃度，增強(qiáng)反應(yīng)器的緩沖能力，而 且可以提高反應(yīng)器內(nèi)的水分，促進(jìn)養(yǎng)分的均勻分布，但有時(shí)也會(huì)引起一些有毒物質(zhì) 或鹽的積累，對(duì)反應(yīng)形成抑制。在

52、對(duì)餐廚垃圾厭氧消化實(shí)驗(yàn)中得出在低負(fù)荷條件下提高回流比可以增加產(chǎn)氣 率，但負(fù)荷較高時(shí)，回流比的增加會(huì)造成揮發(fā)性脂肪酸的積累和鈉離子的積累，從 而產(chǎn)生抑制影響整個(gè)厭氧消化過(guò)程【481。在兩相厭氧消化中，酸化相的回流可 以促進(jìn)餐廚垃圾的厭氧消化過(guò)程，而且產(chǎn)生等量的甲烷所需的時(shí)間可以可以縮短4 0%f4川。Del iaTeresaSponza 剛等人利用7 0 L的生物反 應(yīng)器在2個(gè)不同的回流比與未回流條件下進(jìn)行餐廚垃圾的厭氧消化試驗(yàn)，結(jié)果顯示 在反應(yīng)5 0天后甲烷含量出現(xiàn)明顯的差別，分別為5 0%、40%、30%,因此 合適的回流比可以促進(jìn)甲烷菌的活性，但過(guò)高的回流比則引起底物的酸化，抑制了 產(chǎn)甲烷

53、菌的正常繁殖。10第一章緒論. 6餐廚垃圾厭氧消化處理的研究進(jìn)展餐廚垃圾的厭氧消化源于工業(yè)廢水及污泥的厭氧處理，各項(xiàng)技術(shù)已逐漸成熟， 厭氧消化方法處理餐廚垃圾已經(jīng)被認(rèn)為具有生態(tài)合理性及經(jīng)濟(jì)可行性【511。目 前對(duì)厭氧消化餐廚垃圾的研究主要集中與厭氧過(guò)程影響因素、厭氧消化中間產(chǎn)物及 適合廚余垃圾的厭氧工藝等。產(chǎn)氣效率及潛力研究廢棄物的產(chǎn)氣效率及潛力通常用批式反應(yīng)器來(lái)進(jìn)行，即批式進(jìn)料，每一次反應(yīng) 均進(jìn)料一次，直到本次反應(yīng)結(jié)束都不再進(jìn)料。該反應(yīng)器操作簡(jiǎn)單，一般在5 0 0 m L- 1 . 5 L的血清瓶中即可進(jìn)行，氣體通常采用排水集氣法。Cho等【52】在370c和28d的消化條件下，得出了不同廚

54、余廢棄物 的產(chǎn)氣潛力，熟肉、煮米飯、新鮮白菜和混合廚余廢棄物的最終的甲烷產(chǎn)氣率分別 為 482L? kgVS 1、294L ? kgVS 1、277L ? kgVS1 和472L? kgVS 1 o根據(jù)廚余廢棄物的基本成分，其厭氧生物降解性分別為 8 2 %、7 2 %、7 3 %、8 6 %0 Wan g等利用固液反應(yīng)器分別采用批式和連 續(xù)進(jìn)料來(lái)處理餐廚垃圾，其甲烷產(chǎn)率分別為0.49m3?gVSl和O. 71m3? g V S，V S去除率分別為7 7 %和7 8 %。在示范工程試驗(yàn)中，甲烷產(chǎn) 率分別為0. 33和0. 49m3. gVS，VS去除率分別為7 2 %和7 4%。K. Kome

55、moto 掣 33】分別在 25、35、45、55、65 度條 件下研究了餐廚垃圾的水解和酸化效率，結(jié)果表明不同溫度下的懸浮固體去除率為 47. 5%、62. 2%、70. 0%、72. 7 %、56. 1%、45. 9%。 L. Neves 53等分別用豬油、白菜、雞胸和馬鈴薯片來(lái)模擬廚余垃圾中 的脂肪、纖維素、蛋白質(zhì)和碳水化合物來(lái)做批式產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)，獲得了 9 4 %9 9. 6 %的VS去除率，甲烷產(chǎn)率為O. 4.49m3cn4 ? kg VS一。 W. Parawi rat541用不同混合比例的土豆與甜菜葉進(jìn)行批式試驗(yàn)，土 豆的比例由1 0 %增力口至I 8 0%,最高的產(chǎn)氣率在土豆比例為

56、4 0%時(shí)達(dá)到O. 3 2LCH4 ? gVS一，甲烷含量達(dá)到8 4%。國(guó)內(nèi)對(duì)餐廚垃圾的產(chǎn)氣研究也很多，清華大學(xué)【5 5】在中溫條件下應(yīng)用連續(xù) 式單級(jí)高固體厭氧消化技術(shù)對(duì)自行配制的廚余垃圾（T S為2 4 . 7 9 %）進(jìn)行發(fā) 酵啟動(dòng)，有機(jī)負(fù)荷率達(dá)到6.98kg ?m3.d，產(chǎn)氣率達(dá)到7 0 5. 7 7 L? k岔1 ,而且系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)都很穩(wěn)定。同濟(jì)大學(xué)李俊濤等【5 6】對(duì)不同接種 率及含水率的廚余垃圾進(jìn)行產(chǎn)氣研究，結(jié)果表明在接種率為8 0%,含水率為9 0 %條件下可以獲得較好的產(chǎn)氣效果，產(chǎn)氣率達(dá)到0 . 6 5 L ? g- 1o劉會(huì)友等 【5 7】對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行了濕式發(fā)酵工藝處理，試

57、驗(yàn)期為4 0天，接種率為82 %,最終產(chǎn)氣率達(dá)到5 2 0 L ? k 9 1 ,并指出在運(yùn)行初始階段要保證較高的接 種率，負(fù)荷率也要嚴(yán)格控制以保證穩(wěn)定的產(chǎn)氣。北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文不同底物或聯(lián)合消化餐廚垃圾的成分主要有脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物、纖維素，這些成分的比例 不同決定了它不同的產(chǎn)氣性能，因此有學(xué)者專門對(duì)餐廚垃圾中不同成分對(duì)產(chǎn)氣及消 化過(guò)程的影響進(jìn)行研究，L. Ne v e s等瞪3在中溫條件下按照一定的比例分 別用豬油、白菜、雞胸、土豆片來(lái)模擬餐廚垃圾中的脂類、纖維素、蛋白質(zhì)和碳水 化合物，得出不同比例下的產(chǎn)氣潛力，如果脂類過(guò)多，消化液中的COD濃度較 高，水解常數(shù)比較低，碳水化合

58、物與蛋白質(zhì)含量高時(shí)，可以獲得較高的水解率，分 別為0 . 3 2 d 1 , 0 . 2 2 d 1 ,并且碳水化合物過(guò)量可以得到最高的甲烷產(chǎn)率 和最低的VF A積累量。由于餐廚垃圾極易酸化，因此單單餐廚垃圾作為反應(yīng)原料操作及控制難度較 大，而且達(dá)不到很理想的處理效果，而聯(lián)合消化正是在不同的物料間建立一種良性 互補(bǔ)的關(guān)系，可以互相促進(jìn)反應(yīng)速度及轉(zhuǎn)化程度。如將含氮量低的秸稈與含氮量較 高的畜禽糞便一起消化可以提高其產(chǎn)氣性能。SangHyounKimt5 8】 等人進(jìn)行了餐廚垃圾與污泥的聯(lián)合產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)研究，餐廚垃圾與污泥的用量比及V S 濃度分別為 100: 0、80: 20、60: 40、40:

59、60、20: 80、 0: 10、和 0. 5%、1. 0%、1. 5%、2. 0%、3. O%、5. O%。 研究發(fā)現(xiàn)餐廚垃圾與污泥的用量比為8 7%: 13%, VS濃度3 %時(shí)，達(dá)到最大 比產(chǎn)氫率122. 9mL ?gC O D一，要高于單獨(dú)餐廚垃圾產(chǎn)氫效率(1 2 1. 6mL? gCODO)及污泥的產(chǎn)氫效率(32.6mL?gCODo)。李榮平等將廚余和牛糞混合進(jìn)行厭氧發(fā)酵，在牛糞與廚余的混合比例為1 : 1、1: 2、1: 3條件下進(jìn)行了批式產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果表明這三種比例的實(shí)際產(chǎn)甲烷潛 力分別升高了 1 7 . 3%、6. 9%、3. 6%,因此聯(lián)合消化不僅僅是有機(jī)物的 簡(jiǎn)單加和，

60、而是相互促進(jìn)，存在一定的協(xié)同作用。中間產(chǎn)物的研究按照厭氧消化的原理，有機(jī)物進(jìn)入系統(tǒng)后先被水解為氨基酸、酒精、糖、長(zhǎng)鏈 脂肪酸等物質(zhì)，然后再被酸化為揮發(fā)性脂肪酸以及其他一些短鏈物質(zhì)，隨后這些物 質(zhì)繼續(xù)降解為乙酸等易于被甲烷菌利用的物質(zhì)，最后甲烷菌將這些底物轉(zhuǎn)化為甲 烷。這一系列轉(zhuǎn)化途徑和產(chǎn)物特征會(huì)隨著原料的預(yù)處理、溫度、酸堿度、進(jìn)料濃 度、添加劑、菌群種類的不同而發(fā)生變化，從而直接影響甲烷的產(chǎn)率，常見的抑制 現(xiàn)象有兩種，一種是長(zhǎng)鏈脂肪酸積累到一定數(shù)量抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性，一種是揮 發(fā)性脂肪酸尤其是丙酸的積累抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性。餐廚垃圾極易酸化，因此近 年來(lái)對(duì)餐廚垃圾厭氧消化過(guò)程中酸的變化研究較