果蔬和餐厨垃圾混合干式厌氧消化性能及污泥流变行为研究

发布时间：2020-07-13 04:16

【摘要】：餐厨和果蔬垃圾是我国城市生活垃圾的重要组成部分,以无害化处理和资源化利用为导向的厌氧消化技术是处理这两类有机垃圾的最佳解决办法,而在厌氧消化技术中干式厌氧消化又以其独特优势在近年来备受青睐。因此为探析果蔬和餐厨垃圾混合干式厌氧消化的最佳混合比,揭示半连续推流厌氧消化系统的运行特点以及流变特性对不同半连续干式厌氧消化反应器(推流以及完全混合)运行性能的影响。本研究首先开展了序批次厌氧消化实验,研究了不同混合比下果蔬和餐厨垃圾联合厌氧消化反应器效率、过程稳定性及流变行为的响应,明确了最佳混合比和剪切速率;然后在以Dranco工艺为原型的自制推流干式厌氧消化反应器内,在最佳混合比条件下,开展果蔬和餐厨垃圾半连续式厌氧消化,进一步探析干式厌氧消化反应器的产气性能、稳定性能和流变行为随厌氧消化进行的变化过程。通过对批式以及半连续推流式反应器运行性能的比较,明晰了两者之间的联系,揭示半连续推流厌氧消化系统的运行特点。并且通过结合前期实验运行结果,将本推流式反应器与高粘度完全混合厌氧消化反应器的运行性能进行比较,明确了流变特性对不同半连续厌氧消化反应器运行性能产生的影响。通过以上研究,主要得到以下结果:(1)3:7干式厌氧消化系统具有较好的产气性能,其甲烷产率为0.471LCH4·gVS~(-1)_(added),比2:8、4:6厌氧消化系统分别高12.13%、18.13%。(2)对于TS含量为20%~16%的厌氧消化系统,综合考虑流变性和能耗,将搅拌装置的剪切速率控制在10.4S~(-1)~20.9S~(-1)之间是合适的。(3)较高TS含量(20%)的粘稠(表观粘度为12766~843mpa.s(γ=2.09S~(-1)~41.8S~(-1))污泥在较大高径比的无搅拌反应器中产生的气体较难从其中排出,容易发生污泥膨胀现象。对于参照Dranco工艺运行的推流干式厌氧消化反应器的设计,其高径比应尽量该控制在3.917以下。同时应考虑预留一定的污泥膨胀安全高度,预留高度应该不低于实际计划接种污泥高度的0.3倍(此预留高度不包括顶空排气预留高度)。(4)本推流式厌氧消化反应器具有较为严格的推流性质,在有机物的降解过程中各个常规指标随推流位置的变化与批式厌氧消化系统随消化时间的变化基本相似。半连续推流厌氧消化系统可以看作是由多个不同厌氧消化阶段的批式厌氧消化系统串联组建而成。(5)对于较高固体含量的污泥混合液,消化过程中TS含量和水量分布的改变可能是消化污泥流变特性变化的直接原因,而其他稳定性指标,例如SCOD、VFA、TAN、pH、PA对厌氧消化系统流变特性的影响可能较小。(6)相比于完全混合厌氧消化系统,推流式厌氧消化系统可以运行的初始固体含量可能更高。(7)表观粘度(固体含量)对厌氧消化系统的高效性以及稳定性具有重要影响。污泥混合液的表观粘度越高(固体含量越大),系统的传质效率越差,有机物的水解速率以及中间产物TVFA的消耗速率越慢。同时表观粘度越高(固体含量越大),含水率越低,中间产物的浓度越高,消化系统的均质化越差,越容易引起中间产物的局部积累,造成厌氧消化系统活性降低。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X705
【图文】：

厌氧消化,微生物,步骤,流程图

因此缺乏对以果蔬和餐厨垃圾作为进料基质的较高固体含量（初始固体约为20%）厌氧消化系统流变特性的研究。同时也鲜有研究者探析流变特性参厌氧消化系统稳定性能参数之间的相关性以及流变特性对不同半连续厌氧消应器运行性能产生的影响。鉴于此本研究首先开展了序批次厌氧消化实验，研究了不同混合比下果蔬厨垃圾联合厌氧消化反应器效率、过程稳定性及流变行为的响应，明确了最佳比和剪切速率；然后在以 Dranco 工艺为原型的自制推流式干式厌氧消化反应，在最佳混合比条件下，开展餐厨和果蔬垃圾半连续式厌氧消化，进一步探析厌氧消化反应器的产气性能、稳定性能和流变行为随厌氧消化进行的变化过过对批式以及半连续推流式反应器运行性能的比较，明晰了两者之间的关系了推流干式厌氧消化反应器的特点。并且通过结合前期实验运行结果，将本推反应器与高粘度完全混合厌氧消化反应器的运行性能进行比较，明确了流变对不同半连续厌氧消化反应器运行性能产生的影响。2 厌氧消化产甲烷理论

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图 1.2 单相干式厌氧消化工艺示意图Fig. 1.2 Schematic diagram of single-phase dry anaerobic digestion processes干式厌氧消化工艺的设计一般基于反应器的放置方式或者消化物料在反应器中的运动方式可以分为垂直，水平，倾斜；基于厌氧消化的多阶段降解步骤可以分为一级、二级、多级；基于操作温度可以分为嗜冷、嗜温、嗜热；根据进料的操作模式又可以分为序批，连续，半连续[35-37]，目前较为典型的干式厌氧消化工艺主要有 Dranco、Kompogas 和 Valorga[4]，如图 1.2 所示。按照级数分类，Dranco 工艺属于单级的厌氧消化反应器，多个厌氧消化阶段存在于一个反应器中。其一般在 50~55℃的条件下运行。整个厌氧消化器垂直设计底部设置出料口，上部设置进料口。运行方式：从底部出料的一部分消化液作为接种剂与新鲜进料混合均匀后再从反应器上部入口进入到反应器中，另一部分多余的出料则从系统中排出。反应器中没有搅拌装置，消化混合液通过栓塞流方式在反应器中从上到下垂直移动。在欧洲，Dranco 工艺应用广泛,并被用于处理各种各样的废物。最大的 Dranco 工厂位于比利时的布莱希特[38]，其于 1992 年开始运行，

流动曲线,流体类型

或称动力粘度系数，单位为 Pa·s；剪切应力，又称切变应力、切应力，等于 F/S，单位为剪切速率，又称切边速率、切变率，等于 dv/dy，单位顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体，牛顿流体的剪切应力，动力粘度为一常数，不随剪切应力的变化而变化，例如力粘度随剪切速率的变化而变化的流体称为非牛顿流体，合溶液、泥浆等。体是否具有屈服应力（流体发生流动时的最小剪切应力，剪，流体不能流动，只有当剪切应力高于屈服应力时，流体流体分为有屈服应力的流体和无屈服应力的流体。根据动化特性的不同又可以将其分为假塑型流体和胀塑性流体，随着剪切速率的增加而减小，其流动曲线（描述剪切速率与线）为下凹形曲。而胀塑性流体的表观黏度随着剪切速率的为上凸型曲线。各类型流体具体名称以及流动曲线见图 1

【参考文献】