泔腳廢物厭氧兩相發(fā)酵工藝及其礦化垃圾協(xié)同生物產(chǎn)氫過程研究.pdf

1、泔腳廢物日益增長(zhǎng)的產(chǎn)量及其環(huán)境安全影響已引起人們的普遍關(guān)注。從環(huán)境保護(hù)及廢物資源化的角度，厭氧發(fā)酵技術(shù)是對(duì)其進(jìn)行科學(xué)處理的較佳選擇。因而，為了推進(jìn)泔腳廢物處理的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，進(jìn)行泔腳廢物厭氧發(fā)酵處理的可行性及其系統(tǒng)工藝研究是非常必要的。此外，氫能是未來最具潛力的可替代能源之一，隨著厭氧生物產(chǎn)氫研究的漸漸深入，利用有機(jī)廢物進(jìn)行多階段的產(chǎn)氫、產(chǎn)甲烷資源回收概念已逐步成為世界各國的共識(shí)，積極對(duì)其展開研究探索，具有重要的技術(shù)理論發(fā)展意義。

2、 本文首先從泔腳處理迅速工程化的角度，系統(tǒng)的研究了泔腳的組成、脫水及酸化特性；厭氧發(fā)酵的影響因素和啟動(dòng)優(yōu)化條件；發(fā)酵的溫度、負(fù)荷、營(yíng)養(yǎng)物、相分離的過程影響；優(yōu)化工藝的擴(kuò)大中型試驗(yàn)；沼液的農(nóng)用影響等工程化必須條件參數(shù)。再根據(jù)有機(jī)廢物處理的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，創(chuàng)新性進(jìn)行了污泥熱處理程序、礦化垃圾等多孔介質(zhì)對(duì)泔腳發(fā)酵產(chǎn)氫的影響研究，試驗(yàn)探討了礦化垃圾協(xié)同泔腳產(chǎn)氫的內(nèi)在機(jī)制，掌握了泔腳發(fā)酵生物產(chǎn)氫的初步條件，取得了較高的生物氫產(chǎn)率。主要的研究成果如

3、下： (1)泔腳有機(jī)物含量高，極易酸化；親水性強(qiáng)，難以機(jī)械脫水，減容效果差。生物接種率、有機(jī)負(fù)荷、含水率是影響其厭氧發(fā)酵啟動(dòng)的主要因素；小型靜態(tài)試驗(yàn)表明，80﹪接種率，90﹪含水率條件是泔腳廢物厭氧發(fā)酵啟動(dòng)的最佳條件，系統(tǒng)產(chǎn)氣率達(dá)到0．65L/g。良好的攪拌條件能促進(jìn)甲烷化的潛力和進(jìn)程，降低啟動(dòng)階段的生物接種率；在70﹪接種率、90﹪含水率條件下，具有機(jī)械攪拌裝置的實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大試驗(yàn)?zāi)芊€(wěn)定進(jìn)行，比氣化率達(dá)到0．68L/g，沼氣中甲

4、烷氣濃度達(dá)到50～55﹪之間，具有穩(wěn)定的沼氣化發(fā)酵特性。 (2)小型批量連續(xù)發(fā)酵表明，發(fā)酵負(fù)荷是影響發(fā)酵穩(wěn)定和效率的關(guān)鍵因素。中溫條件下，泔腳發(fā)酵的適宜負(fù)荷應(yīng)介于1.OOgVS/L.d左右：提高負(fù)荷，系統(tǒng)難以穩(wěn)定啟動(dòng)運(yùn)行；試驗(yàn)中，0.90gVS/L.d負(fù)荷的平均產(chǎn)氣率達(dá)到0.56L/gVS?；旌蠣I(yíng)養(yǎng)液的添加能促進(jìn)甲烷菌的活性恢復(fù)，并一定程度刺激甲烷菌的產(chǎn)氣活性，試驗(yàn)中，生物氣產(chǎn)率提高約17﹪。高溫發(fā)酵能促進(jìn)系統(tǒng)的產(chǎn)氣率及產(chǎn)氣量

5、，但不能提高系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷；適宜負(fù)荷下產(chǎn)氣量相對(duì)于中溫條件提高40﹪左右。進(jìn)行泔腳預(yù)酸化堿度調(diào)節(jié)的改進(jìn)兩相發(fā)酵表明，兩相系統(tǒng)的發(fā)酵負(fù)荷和產(chǎn)氣率相比單相系統(tǒng)最大能提高接近50﹪，發(fā)酵負(fù)荷為1.5gVS/L.d時(shí)，小試產(chǎn)氣率達(dá)到0.9L/g(VS)。 (3)基于工程化參數(shù)研究的需要，在小型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了總?cè)莘e1300L的預(yù)酸化兩相連續(xù)發(fā)酵的中試設(shè)備構(gòu)建設(shè)計(jì)；運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果表明，在中溫發(fā)酵條件下，泔腳廢物的預(yù)酸化兩相處理，在較優(yōu)

6、負(fù)荷1.66kg／m3.d時(shí)，廢物最大停留時(shí)間為50d，每噸泔腳能產(chǎn)生102m3的沼氣。與城市有機(jī)廢物大型發(fā)酵工藝的技術(shù)與運(yùn)營(yíng)指標(biāo)的對(duì)比定性分析表明，本工藝條件下的泔腳厭氧發(fā)酵處置具有廣闊的社會(huì)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景；以上海市年產(chǎn)泔腳1200噸/d為例，泔腳的厭氧發(fā)酵，能年產(chǎn)沼氣4467萬m3／年，發(fā)熱量將達(dá)到2.68×1O¨大卡／年；產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營(yíng)企業(yè)，年凈盈利將達(dá)到600多萬元，能同時(shí)達(dá)到消除環(huán)境隱患、資源回收、企業(yè)發(fā)展、社會(huì)就業(yè)等多方面的循環(huán)

7、良性效應(yīng)。 (5)泔腳沼液濃度變化影響植物種子的萌發(fā)過程，發(fā)芽率及幼苗生長(zhǎng)；不同的植物品種影響沼液的作用效應(yīng)；黃瓜是泔腳沼液較適合的施用主體。沼液濃度抑制的機(jī)制分析認(rèn)為，COD更適宜作為沼液農(nóng)用優(yōu)化控制指標(biāo)；通過數(shù)據(jù)回歸，其對(duì)水稻、小麥的應(yīng)用COD值須控制在200～300mg/L以下，對(duì)黃瓜應(yīng)用的COD值可控制在900mg/L以下。 (6)泔腳產(chǎn)氫探索性研究表明，其正常的產(chǎn)酸過程不具有產(chǎn)氫累積能力；接種污泥熱處理能部

8、分提高氫氣的產(chǎn)率；提高效應(yīng)受污泥熱處理溫度和處理時(shí)間的影響；多孔介質(zhì)的添加對(duì)泔腳產(chǎn)氫具有明顯的促進(jìn)作用，不具生物作用的多孔介質(zhì)中，粉末活性碳具有最強(qiáng)的產(chǎn)氫促進(jìn)效果；具有生物效應(yīng)的礦化垃圾投加，相比污泥熱處理和粉末活性碳的投加，產(chǎn)氫能力提高3倍以上；一定范圍內(nèi)，礦化垃圾添加量對(duì)泔腳發(fā)酵產(chǎn)氫能力具有正相關(guān)的促進(jìn)效應(yīng)。 (8)泔腳產(chǎn)氫條件試驗(yàn)表明，泔腳、污泥中存在的土著菌群對(duì)產(chǎn)氫過程產(chǎn)生較大的反向抑制，消除其干擾是實(shí)現(xiàn)泔腳產(chǎn)氫累積的