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餐廚垃圾中溫厭氧消化處理特性研究

文檔作者：田舒婷，吳陽春，柯水洲文檔來源：湖南大學(xué)土木工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2024年02月27日
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2011年第5期(總第68期)
協(xié)濠占芋釷
ENERGY AND ENERGY CONSERVATlON 2011年5月
囊．靶搏交疆溪
餐廚垃圾中溫厭氧消化處理特性研究
田舒婷，吳陽春，柯水洲
(湖南大學(xué)土木工程學(xué)院。湖南長沙410012)
摘要： 中溫厭氧消化處理餐廚垃圾能耗小、二次污染少．且能產(chǎn)出清潔能源。具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。敘述了進(jìn)水
COD濃度變化時垃圾中溫厭氧消化處理的特性：，指出，進(jìn)水容積負(fù)荷變化時，反應(yīng)系統(tǒng)中不出現(xiàn)酸化現(xiàn)象。隨著進(jìn)水有機(jī)濃度的
提高，整體上COD去除率雖有所下降，但基本保持在95％以上；UASB反應(yīng)器中產(chǎn)氣量隨進(jìn)水有機(jī)濃度的增大呈增長趨勢。
關(guān)鍵詞： 餐廚垃圾；中溫厭氧消化處理；進(jìn)水有機(jī)濃度；COD去除率；產(chǎn)氣量
中圖分類號：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：2095-0802一(2011)05旬055m3
The Study on the Specific Property of the Warm Anaerobic Digestion
Processing in Meal Kitchen Trash
TIAN Shu—ting，WU Yang-chun，KE Shui—zhou
(Civil Engineering Institute，Hunam University，Changsha 410012。Hunan，China)
Abstract：The warm anaerobic digestion deals with meal kitchen trash in the way that small energy consumed and few two-times polluted，
and Can deliver the clean energy．It has fine environmental benefit and economic efficiency．Through the experiment which studied the
characteristic of trash warm anaerobic digestion processing with entering water’s COD density changing。this article show that when the
volume of entering water load changed，no acidified phenomenon appeared in the reaction system．Along with enhancement of entering
water organic density．the COD elimination rate drops in the n188s，but basically placed over 95％．In the UASB reactor。gas production
rate flssume8 the growth movement along with enlargement of entering water’S organic density overall．
Key words：meal kitchen trash；warm anaerobic digestion processing；entering water’8 organic density；COD elimination rate；gas
production rate
0 引言
餐廚垃圾指飯店賓館、企事業(yè)單位食堂、食品加工廠、
家庭等加工消費(fèi)食物過程中形成的殘羹剩飯、過期食品、
下腳料、廢料等廢棄物。中國城市固體廢棄物中有機(jī)物占
37．5％，其中，餐廚垃圾約占31．O％。可見，餐廚垃圾在中
國城市固體垃圾中所占比重較高。且這一比例隨著經(jīng)濟(jì)社
會的快速發(fā)展及人民生活水平的顯著提高將會進(jìn)一步增
高¨矗1。日益增長的城市生活垃圾不僅侵占了大量的土地
資源，也嚴(yán)重污染了地下水及周邊環(huán)境，嚴(yán)重影響了居民
的人居環(huán)境和身心健康。因此，餐廚垃圾如何處理及處置
是中國城市發(fā)展面臨的重要問題。
l 餐廚垃圾的特性
餐廚垃圾的特點(diǎn)主要體現(xiàn)為：a)含水率極高，一般能
達(dá)到80％一90％，且流動性大，易滲漏，不便于收集運(yùn)輸，
易降解，若處理不當(dāng)容易造成二次污染；b)粗蛋白、粗纖
維、碳水化合物等有機(jī)物含量高，富含N。P，K，Ca及各種
微量元素，具有很大的回收利用價值；6)餐廚垃圾中油
收稿日期：201l-03-01
第一作者簡介：田舒婷．1990年生，女．山西太原入，湖南大學(xué)土
木學(xué)院環(huán)境保護(hù)工程專業(yè)．在讀本科生。
類、鹽類的含量高，對資源化產(chǎn)品品質(zhì)影響較大，需要妥善
處理；d)餐廚垃圾容易腐爛變質(zhì)，散發(fā)惡臭氣體。且易滋
生蚊蠅、病菌，引起各種疾病。
2餐廚垃圾處理的途徑
目前，餐廚垃圾的處理有傳統(tǒng)的粉碎直排、飼料化處
理、衛(wèi)生填埋、焚燒處理以及資源化堆肥化處理、厭氧生物制
氫和厭氧消化等技術(shù)。厭氧消化處理技術(shù)相對于其他處理
技術(shù)具有很多優(yōu)勢。餐廚垃圾含水率(10％一20％)適合微
生物的厭氧發(fā)酵。不需要進(jìn)行水分調(diào)節(jié)，可回收利用沼氣，發(fā)
酵后的沼渣和沼液中的營養(yǎng)物質(zhì)仍可利用；C／N比(10％一
25％)處于厭氧發(fā)酵的最適范圍(20％一30％)；厭氧發(fā)酵在
密閉容器內(nèi)進(jìn)行，不會產(chǎn)生惡臭氣體污染空氣，對周圍環(huán)境
影響較小。因此，厭氧消化技術(shù)誕生以來受到普遍重視，各
國都投入大量的人力物力進(jìn)行研究和試驗(yàn)¨刮。
3 中溫厭氧消化處理的特性
中溫厭氧消化技術(shù)指溫度控制在30℃一38℃時進(jìn)
行的垃圾厭氧消化處理技術(shù)。
3．1有機(jī)負(fù)荷的變化
UASB反應(yīng)器經(jīng)模擬餐廚垃圾廢水(COD為
4 000 mg／L)馴化完成后，進(jìn)行中溫條件下餐廚垃圾厭氧
·55·
萬方數(shù)據(jù)
2011年第5期缸；夏占辛釷201 1年5月
消化試驗(yàn)研究。為保證反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行，維持馴化階段
的水力停留時間HRT為24 h，進(jìn)水COD初始濃度設(shè)定為
5 000 mg／L，試驗(yàn)過程中逐步提高反應(yīng)器進(jìn)水COD濃度。
當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到第88天時，進(jìn)水COD濃度提升到
14 000 mg／L，此時，維持進(jìn)水COD濃度不變，改變水力停
留時間減小有機(jī)容積負(fù)荷。整個試驗(yàn)階段反應(yīng)器內(nèi)主要
試驗(yàn)參數(shù)見表l。．
表1 UASB反應(yīng)器處理模擬餐廚垃圾廢水主要試驗(yàn)參數(shù)
運(yùn)行天數(shù)HRT 進(jìn)水COD濃度COD容積負(fù)荷
d h mg／L g／(L·d)
O～13 24 5()00 5．00
13～26 24 6 000 6．00
26～42 24 8 000 8．00
42—55 24 lO 000 10．00
55—70 24 12 000 12．00
70～88 24 14 000 14．00
88～98 36 14 000 9．33
98～108 48 14 0()0 7．00
3．2 pH值的變化特性
pH值是餐廚垃圾厭氧消化過程中的重要影響因素之
一，pH值的大小不僅影響反應(yīng)器內(nèi)厭氧微生物的代謝與
活性，也能反應(yīng)出系統(tǒng)中酸堿物質(zhì)的動態(tài)平衡狀態(tài)。因
而，反應(yīng)過程中維持反應(yīng)器內(nèi)一定的pH值對整個厭氧消
化過程至關(guān)重要。一般情況下，厭氧消化所應(yīng)控制的最佳
pH值為6．50—7．80。
圖l為模擬餐廚垃圾廢水消化降解過程中，進(jìn)出、水
pH值隨進(jìn)水濃度及反應(yīng)時間的變化曲線。
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——進(jìn)水COD濃度一一進(jìn)水pH值——出水pH值
圖1降解過程中進(jìn)、出水pH值的變化曲線
由圖l可以看出，反應(yīng)器運(yùn)行初期，出水pH值基本維
持在6．94—7．31范圍，且波動不明顯。此時，反應(yīng)器內(nèi)的
厭氧微生物代謝生長狀況良好。隨著厭氧微生物對餐廚
垃圾廢水適應(yīng)性的逐漸增強(qiáng)，當(dāng)進(jìn)水COD容積負(fù)荷提高
到12 g／(L·d)時，出水pH雖略呈下降趨勢但仍基本維持
在6．89以上，仍處于產(chǎn)CH。菌最佳生長pH值范圍內(nèi)，反
應(yīng)系統(tǒng)未出現(xiàn)酸化現(xiàn)象。其原因是：
a)餐廚垃圾廢水中含有足夠的碳酸氫鹽堿度，能中
和反應(yīng)過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸(PK。約為4．8)，有效
避免因VFA的積累造成pH值下滑。相反，隨著反應(yīng)的進(jìn)
·56．
行，CH。菌不斷利用降解有機(jī)酸生成CH。，有機(jī)酸含量降
低，pH值上升。當(dāng)反應(yīng)體系中有充足的碳酸氫鹽堿度存
在時，會發(fā)生式(1)的反應(yīng)， CI-13COOH+Na++HC03一棚COO一+Na++c02+心O；(1)
b)餐廚垃圾廢水中富含蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)，蛋白質(zhì)
很容易被蛋白水解酶水解形成氨基酸。氨基酸進(jìn)一步被
微生物轉(zhuǎn)化脫氨方式產(chǎn)生CH，，NH4+的形成會使PH值上
升。倘若蛋白質(zhì)的水解與脫氨過程在一定的水力停留時
間內(nèi)完成，整個厭氧消化過程將在酸性的進(jìn)水條件下持續(xù)
穩(wěn)定地進(jìn)行，形成NH；發(fā)生式(2)、式(3)反應(yīng)，
ROHNH2COOH+2I|20—Rc00H+N地+Cq+2tt2，(2)
NH，+H20+C02_+NH4+HC03一， (3)
反應(yīng)到第70天時，進(jìn)水COD容積負(fù)荷提高到14 g／(L·d)，
出水pH值突然持續(xù)下降。分析原因可能是蛋白質(zhì)在厭氧
消化過程中形成CH，，大量游離CH，的積累具有很強(qiáng)的毒
性，會抑制產(chǎn)CH。菌的生長，導(dǎo)致產(chǎn)酸微生物占較大優(yōu)勢，
反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)VFA的積累，造成pH值下滑。
3．3 CoD去除率的變化特性
圖2反映了模擬餐廚垃圾廢水消化降解過程中．COD
去除率隨進(jìn)水有機(jī)濃度及反應(yīng)時間的變化曲線。
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——進(jìn)水cOD濃度——COD去除率
圖2降解過程中COD去除率的變化曲線
由圖2可以看出，隨進(jìn)水有機(jī)濃度的提高及消化反應(yīng)
的持續(xù)，整體上COD去除率有所下降，但基本上保持在
95％以上。這是因?yàn)檫M(jìn)水中的有機(jī)物質(zhì)不能完全被消化
降解，且消化降解幅度劣于進(jìn)水有機(jī)濃度提升幅度。在厭
氧消化反應(yīng)初期，進(jìn)水有機(jī)濃度比較低(COD在6 000
mg／L以下)，出水COD基本達(dá)到100 mg／L以下?？蛇_(dá)到對
應(yīng)項(xiàng)目的排放要求。當(dāng)反應(yīng)到第29天，進(jìn)水濃度COD提
高到8 000 mg／L時，出水COD出現(xiàn)短暫的升高，為391．1
ms／L，隨后又開始下降并趨于穩(wěn)定，這可能是進(jìn)水負(fù)荷提
升過大所致。在反應(yīng)后期，有機(jī)濃度進(jìn)一步提高，達(dá)到
12 000 mg／L時，測得迸水pH值小于7．0，進(jìn)水樣開始呈弱
酸性，但UASB反應(yīng)器的出水效果較好，COD去除率仍有
9r7％以上，表明，餐廚垃圾廢水在進(jìn)入反應(yīng)器前形成了一
定的預(yù)酸化作用。在預(yù)酸化反應(yīng)器中存在大量的水解酸
化菌，可有效地降解餐廚垃圾廢水中復(fù)雜的高分子有機(jī)
物，形成可溶性易降解物質(zhì)，同時，去除部分有機(jī)物質(zhì)。當(dāng)
萬方數(shù)據(jù)
2011年第5期田舒婷．等：餐廚垃圾中溫厭氧消化處理特性研究201 1年5月
反應(yīng)到第73天時，進(jìn)水有機(jī)濃度達(dá)到14 000 mg／L，出水
pH值突然下滑，造成COD去除率明顯下降，這可能是進(jìn)
水負(fù)荷過高，使反應(yīng)器內(nèi)抑制物質(zhì)不斷積累，影響厭氧微
生物的代謝能力。
由此可見，控制進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷在一定范嗣內(nèi)，厭氧微
生物可降解高濃度的餐廚垃圾廢水，且降解效果明顯。
3．4產(chǎn)氣■的變化特性
圖3為模擬餐廚垃圾廢水厭氧消化降解過程中，產(chǎn)氣
量隨進(jìn)水有機(jī)濃度及反應(yīng)時間的變化曲線。
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運(yùn)行時間／d
——進(jìn)水COD濃度一一產(chǎn)氣量?產(chǎn)cH．量
圖3降解過程中產(chǎn)氣量的變化曲線
由圖3可以看出，隨進(jìn)水有機(jī)濃度的提高，UASB反應(yīng)
器中產(chǎn)氣量從整體上呈增長趨勢。在消化降解過程前期，
由于餐廚垃圾進(jìn)水濃度低。產(chǎn)氣量相對比較少。處在3．06
L／d一5．22 L／d之間波動。隨著有機(jī)濃度的提高，尤其是
進(jìn)水COD濃度提高到10 000 mg／L時。產(chǎn)氣量大幅度增
長，達(dá)到13．80 L／d，產(chǎn)CH。量為6．76 L／d，此時產(chǎn)CH．率
為49％，表明，反應(yīng)器內(nèi)厭氧微生物生長狀況良好，產(chǎn)CH．
菌代謝活性高，產(chǎn)氣性能強(qiáng)。但是，進(jìn)水有機(jī)濃度提高到
14 000 mg／L時，由于反應(yīng)器內(nèi)積累了大量抑制物，對厭氧
微生物產(chǎn)生毒害作用的同時，反應(yīng)器內(nèi)酸堿動態(tài)平衡失
調(diào)，產(chǎn)氣量減少，只有6．84 L／d。
4 結(jié)語
在中溫條件下．通過對UASB高速厭氧反應(yīng)器消化降
解模擬餐廚垃圾試驗(yàn)研究，得到的結(jié)果是，a)pH值是餐
廚垃圾厭氧消化過程中最關(guān)鍵的操作參數(shù)之一，反應(yīng)器運(yùn)
行初期，出水pH值基本維持在6．94—7．3l范圍，且波動
不明顯。隨著進(jìn)水COD容積負(fù)荷逐步提高到12
g／(L·d)，出水pH雖略呈下降趨勢但基本維持在6．89以
上，仍處于產(chǎn)CH。菌最佳生長pH值范圍內(nèi)，反應(yīng)系統(tǒng)并
未出現(xiàn)酸化現(xiàn)象；b)隨進(jìn)水有機(jī)濃度的提高及消化反應(yīng)
的持續(xù)，整體上COD去除率有所下降，但基本上保持在
95％以上；e)對于高速厭氧反應(yīng)器而言，產(chǎn)氣量及產(chǎn)CH．
量是衡量該工藝實(shí)際生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)之一。隨進(jìn)水
有機(jī)濃度的提高，UASB反應(yīng)器中產(chǎn)氣量整體上呈增長趨
勢。在消化降解過程前期，產(chǎn)氣量相對比較少，處在
3．06 L／d一5．22 L／d之間波動。隨著有機(jī)濃度的提高，尤
其是在進(jìn)水COD濃度提高到10 000 mg／L時，產(chǎn)氣量大幅
度增長，達(dá)到13．8 L／d。
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(責(zé)任編輯：耿建華)
(上接32頁)
持可持續(xù)發(fā)展的國情要求；c)對電力系統(tǒng)來說，能夠不斷
地豐富它的內(nèi)涵．并在不斷地研究改進(jìn)中發(fā)現(xiàn)更好的節(jié)能
方法；d)能夠提高供電電壓的質(zhì)量。合理的應(yīng)用它作為
調(diào)壓手段或方法。可以讓電網(wǎng)電壓維持在允許的范圍內(nèi)，
使電壓總處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)，避免了電壓的大幅度
波動。
4結(jié)語
通過對配電變壓器無功功率的剖析。我們可以從不同
的角度看到它的重要性，而在具體的應(yīng)用中，也可以通過
一種或者多種方法的選擇來進(jìn)一步提高它的效率，從而更
好地為社會創(chuàng)造更多的價值。
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