城鎮(zhèn)有機垃圾厭氧發(fā)酵中有機酸及氨氮抑制效應(yīng)研究.pdf

1、城鎮(zhèn)有機垃圾問題已成為困擾我國城鎮(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展的焦點與難點。當前，伴隨城鎮(zhèn)垃圾中有機質(zhì)含量的不斷提高，利用厭氧發(fā)酵制沼氣成為符合城鎮(zhèn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的有機垃圾處理方法。然而，傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵存在著諸如揮發(fā)性有機酸抑制、氨氮抑制等諸多缺陷，如何有效解決這些難題成為當前研究的一個熱點。 重慶大學(xué)國家“十五”攻關(guān)課題組針對西南地區(qū)中小城鎮(zhèn)經(jīng)濟不發(fā)達的現(xiàn)狀以及傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵工藝中酸抑制、氨抑制的難題，提出了“城鎮(zhèn)有機垃圾和畜禽糞便的厭氧－好氧組合發(fā)

2、酵工藝”，將小城鎮(zhèn)生活垃圾和人畜糞便的無害化與資源化處理集成于一體。結(jié)合此課題，本論文以重慶市生活垃圾為試驗原料，重點研究了以下幾個方面的內(nèi)容： （1）單相厭氧發(fā)酵試驗研究。分兩次單相厭氧發(fā)酵試驗：試驗一是在溫度、TS等條件不變的情況下，分別選取不同水平的接種量來進行試驗；試驗二是在常溫下向污泥培養(yǎng)裝置內(nèi)定期加入新鮮垃圾進行單相發(fā)酵試驗。通過對各反應(yīng)階段pH 、VFA以及氨氮的變化情況進行分析，掌握單相厭氧發(fā)酵過程中VFA和氨氮

3、的產(chǎn)生及積累規(guī)律。 （2）兩相厭氧發(fā)酵試驗研究。本試驗包括有機垃圾兩相厭氧發(fā)酵試驗啟動及添加禽畜糞便的有機垃圾兩相厭氧發(fā)酵試驗研究。主要對各反應(yīng)階段的pH 、VFA以及氨氮的變化規(guī)律進行分析，并將兩相厭氧發(fā)酵與單相厭氧發(fā)酵進行對比研究，確定本論文采用的兩相厭氧工藝的優(yōu)越性。 通過以上試驗研究，得到了以下主要的試驗結(jié)果以及相應(yīng)的結(jié)論： （1）在單相厭氧發(fā)酵試驗一中，試驗結(jié)果表明：污泥接種量水平的提高，在一定程度上增

4、強了單相反應(yīng)器對有機酸的抗沖擊能力，在反應(yīng)后期當有機酸濃度達到20000mg/L左右時，根據(jù)ADM1厭氧發(fā)酵模型對酸抑制的模擬計算，抑制函數(shù)I≈0.56＜1，反應(yīng)出現(xiàn)了酸抑制現(xiàn)象，氨氮濃度一直低于500mg/L，未出現(xiàn)氨抑制。這說明大量的接種污泥并不一定能夠避免揮發(fā)性有機酸積累導(dǎo)致的酸中毒問題；單相試驗二，產(chǎn)甲烷相揮發(fā)酸濃度介于819～3120mg/L，反應(yīng)后期又出現(xiàn)升高趨勢，氨氮濃度在1171.2～1352.9 mg/L之間波動，根據(jù)

5、Kaare Hvid Hansen等總結(jié)了氨氮抑制產(chǎn)氣的四階段模式計算0.62＜μr＜0.67，說明如此高的氨氮濃度導(dǎo)致產(chǎn)甲烷菌的增殖速度降低35％左右，出現(xiàn)了氨抑制現(xiàn)象。 （2）在兩相厭氧發(fā)酵有機垃圾產(chǎn)酸階段試驗中，采用厭氧噴淋與浸泡、厭氧浸泡與兼氧交替作用、厭氧浸泡與好氧交替作用以及采用產(chǎn)甲烷相的UASB的出水厭氧浸泡四種不同方式對垃圾進行產(chǎn)酸階段水解溶出試驗，溶出水質(zhì)的揮發(fā)性有機酸濃度除方案三介于1595.7～4018.8

6、mg/L需要調(diào)節(jié)外，其它均在118.2～1471.8mg/L間波動，而氨氮最高濃度均未超過1000mg/L，可直接作為UASB反應(yīng)器進水。 在UASB啟動及運行試驗過程中，進水pH介于4.16～7.28，出水保持在7.5～8.4之間，表明UASB系統(tǒng)運行穩(wěn)定，具有較強的抗pH變化的能力。系統(tǒng)運行初期，進水VFA濃度超過2000mg/L時，反應(yīng)器出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況，60d以后，進水出水中VFA濃度分別在374.4～748.8mg/L和

7、312～542.9mg/L，而氨氮濃度則分別介于100～150mg/L和200～300mg/L，如此低的有機酸及氨氮濃度，未出現(xiàn)有機酸及氨抑制效應(yīng)；在添加禽畜糞便的兩相厭氧發(fā)酵試驗中，產(chǎn)酸相階段，pH值均在5.0～5.48之間波動，VFA濃度最高時達2000mg/L左右，氨氮最高濃度為320.8mg/L，可見水解與產(chǎn)酸菌處于較有利于有機物的快速溶出水解環(huán)境下；在產(chǎn)甲烷階段，出水pH、VFA及氨氮的濃度分別介于7.4～7.9、600～70