城镇有机垃圾水解及其水解液厌氧消化工艺与性能研究

发布时间：2020-04-11 05:44

【摘要】： 城镇有机垃圾厌氧消化过程存在着均质困难、水解过程缓慢、发酵后沼液及沼渣难处置、高固体含量厌氧消化的酸抑制和氨抑制等问题。针对这些问题,论文进行了批式水解——UASB组合工艺处理有机垃圾的研究,开展了有机垃圾水解、UASB反应器处理有机垃圾水解液、批式水解——UASB组合工艺处理有机垃圾的工艺参数与效果、微量金属离子对UASB反应器处理有机垃圾水解液的促进作用等研究,得到了以下主要结果。 ①比较了厌氧淋滤、厌氧浸泡、厌氧浸泡与兼氧交替、厌氧浸泡与好氧交替以及UASB出水厌氧浸泡等方式对有机垃圾水解效果的影响,结果表明采用UASB出水浸泡方式是最佳的。得出的有机垃圾批式水解工艺参数是:水解时间为7～8d;稀释率为0.30～0.7d-1;液固比为5～8;接触时间第1d为6h,1d后为24h。 ②水解速率与其表面积有关,在传统的一级模型中引入表面积项,对一级模型进行修正。修正的水解速率通式为:。其中片状颗粒n为1,圆柱形颗粒n为2,球形颗粒n为3。动力学模型试验研究结果表明,传统一级模型、圆柱形颗粒模型和球形颗粒模型的水解速率常数分别为0.2492、0.5376和0.6740d-1。修正的一级水解模型(球形颗粒模型或圆柱形颗粒模型)比传统的一级模型能较好地预测反应器中有机物浓度和出水总COD浓度。 ③研究探求了一种新的快速启动UASB反应器的方法,即增大初始接种污泥量(占反应器体积50%),采用较高的水力负荷,对反应器内的污泥进行选择;污泥适应水质后,逐渐增加有机负荷,维持较高的VFA浓度,对厌氧污泥的优势菌种进行选择。在水温为28～35℃时,38d内完成了UASB反应器的启动,使其容积负荷达到8.0kgCOD/(m3·d)左右,COD去除率稳定在80%以上。 ④UASB反应器处理高浓度有机垃水解液,当进水COD浓度为8113～12971mg/L,水力停留时间为21.5～28.5h,上升流速为10.6～18.2m/d,负荷为9～12kgCOD/(m3·d)时,COD去除率可以达到90%以上;出水VFA浓度为43～757mg/L,与进水相比,出水VFA浓度降低了,处理过程中没有出现VFA累积与酸抑制现象;出水氨氮从176mg/L增至约1900mg/L,与进水相比,出水氨氮浓度总体增加了,处理过程中没有出现氨氮抑制现象;单位容积产气量为2.03～5.31L/(L·d),单位COD产气量为0.21～0.53L/gCOD,沼气中甲烷含量为58.9%～83.7%。 ⑤批式水解——UASB组合工艺克服了传统的高固含率有机垃圾厌氧消化过程中VFA积累与氨抑制的问题。在约8d的时间内,处理后垃圾的挥发分为65.18%～77.60%,挥发分去除率为32.0%～56.9% ,COD溶出量为303.2～471.0gCOD/kgVS,有机垃圾产气量为91.0～235.5L/kgVS。 ⑥建立了批式水解——UASB组合工艺出水氨氮浓度计算模型,找出了氨氮累积的关键控制参数(回流比),为有效预防氨抑制提供了分析工具。建立了UASB反应器酸碱平衡与pH值关系式,为避免出现酸抑制提供了理论参考。 ⑦试验垃圾水解液厌氧消化Fe、Co、Ni的最优组合添加量为5.0、1.0、1.0mg/L。添加微量金属离子,提高了UASB反应器处理有机垃圾水解液的稳定性和处理效果,平均单位产气量和平均单位COD的气体转化率分别提高了21.5%和11.4%。 ⑧添加金属离子,并未改变反应器的菌群结构和优势菌种的类别,但在一定程度上提高了反应器中优势菌种的比例。微量金属离子对UASB处理有机垃圾水解液促进作用的可能机理是,促进了优势菌种微生物细胞的合成以及促进了微生物酶的合成和激活酶在生化反应中的催化作用。
【图文】：

示意图,试验装置,示意图,纸屑

表 2.1 试验物料性质Table 2.1 Characteristics of experiment materials组成成分试验时段厨余纸屑竹木、纤维树叶其它含水率挥发分10.9～11.3 78.75% 15.89% 3.76% 1.60% - 71.53% 60.18%11.4～11.12 87.11% 10.58% 0.49% 0.96% 0.86% 73.49% 76.82%11.14～11.19 84.17% 9.76% 1.19% 4.08% 0.80% 79.74% 74.86%11.20～12.4 92.63% 3.23% 2.27% 1.11% 0.75% 73.68% 77.18%12.12～12.22 77.44% 20.02% 0.94% 0.75% 0.85% 79.65% 72.49%2.2.3 试验方案与试验过程图 2.1 水解试验装置示意图Fig2.1 Sketch of experimental equipments图 2.2 水解试验装置Fig2.2 Equipments of hydrolytic experiment

试验装置图,试验装置,纸屑,厨余

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