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、泔腳廢物日益增長的產(chǎn)量及其環(huán)境安全影響已引起人們的普遍關注。從環(huán)境保護及廢物資源化的角度，厭氧發(fā)酵技術是對其進行科學處理的較佳選擇。因而，為了推進泔腳廢物處理的產(chǎn)業(yè)化進程，進行泔腳廢物厭氧發(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，利用有機廢物進行多階段的產(chǎn)氫、產(chǎn)甲烷資源回收概念已逐步成為世界各國的共識，積極對其展開研究探索，具有重要的技術理論發(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優(yōu)化條件；發(fā)酵的溫度、負荷、營養(yǎng)物、相分離的過程影響；優(yōu)化工藝的擴大中型試驗；沼液的農用影響等工程化必須條件參數(shù)。再根據(jù)有機廢物處理的技術發(fā)展趨勢，創(chuàng)新性進行了污泥熱處理程序、礦化垃圾等多孔介質對泔腳發(fā)酵產(chǎn)氫的影響研究，試驗探討了礦化垃圾協(xié)同泔腳產(chǎn)氫的內在機制，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)泔腳有機物含量高，極易酸化；親水性強，難以機械脫水，減容效果差。生物接種率、有機負荷、含水率是影響其厭氧發(fā)酵啟動的主要因素；小型靜態(tài)試驗表明，80﹪接種率，90﹪含水率條件是泔腳廢物厭氧發(fā)酵啟動的最佳條件，系統(tǒng)產(chǎn)氣率達到0．65L/g。良好的攪拌條件能促進甲烷化的潛力和進程，降低啟動階段的生物接種率；在70﹪接種率、90﹪含水率條件下，具有機械攪拌裝置的實驗室擴大試驗能穩(wěn)定進行，比氣化率達到0．68L/g，沼氣中甲

4、烷氣濃度達到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)酵負荷是影響發(fā)酵穩(wěn)定和效率的關鍵因素。中溫條件下，泔腳發(fā)酵的適宜負荷應介于1.OOgVS/L.d左右：提高負荷，系統(tǒng)難以穩(wěn)定啟動運行；試驗中，0.90gVS/L.d負荷的平均產(chǎn)氣率達到0.56L/gVS。混合營養(yǎng)液的添加能促進甲烷菌的活性恢復，并一定程度刺激甲烷菌的產(chǎn)氣活性，試驗中，生物氣產(chǎn)率提高約17﹪。高溫發(fā)酵能促進系統(tǒng)的產(chǎn)氣率及產(chǎn)氣量

5、，但不能提高系統(tǒng)的有機負荷；適宜負荷下產(chǎn)氣量相對于中溫條件提高40﹪左右。進行泔腳預酸化堿度調節(jié)的改進兩相發(fā)酵表明，兩相系統(tǒng)的發(fā)酵負荷和產(chǎn)氣率相比單相系統(tǒng)最大能提高接近50﹪，發(fā)酵負荷為1.5gVS/L.d時，小試產(chǎn)氣率達到0.9L/g(VS)。 (3)基于工程化參數(shù)研究的需要，在小型試驗的基礎上，進行了總容積1300L的預酸化兩相連續(xù)發(fā)酵的中試設備構建設計；運行試驗結果表明，在中溫發(fā)酵條件下，泔腳廢物的預酸化兩相處理，在較優(yōu)

6、負荷1.66kg／m3.d時，廢物最大停留時間為50d，每噸泔腳能產(chǎn)生102m3的沼氣。與城市有機廢物大型發(fā)酵工藝的技術與運營指標的對比定性分析表明，本工藝條件下的泔腳厭氧發(fā)酵處置具有廣闊的社會產(chǎn)業(yè)化應用前景；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)熱量將達到2.68×1O¨大卡／年；產(chǎn)業(yè)化運營企業(yè)，年凈盈利將達到600多萬元，能同時達到消除環(huán)境隱患、資源回收、企業(yè)發(fā)展、社會就業(yè)等多方面的循環(huán)

7、良性效應。 (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；不同的植物品種影響沼液的作用效應；黃瓜是泔腳沼液較適合的施用主體。沼液濃度抑制的機制分析認為，COD更適宜作為沼液農用優(yōu)化控制指標；通過數(shù)據(jù)回歸，其對水稻、小麥的應用COD值須控制在200～300mg/L以下，對黃瓜應用的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；提高效應受污泥熱處理溫度和處理時間的影響；多孔介質的添加對泔腳產(chǎn)氫具有明顯的促進作用，不具生物作用的多孔介質中，粉末活性碳具有最強的產(chǎn)氫促進效果；具有生物效應的礦化垃圾投加，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，礦化垃圾添加量對泔腳發(fā)酵產(chǎn)氫能力具有正相關的促進效應。 (8)泔腳產(chǎn)氫條件試驗表明，泔腳、污泥中存在的土著菌群對產(chǎn)氫過程產(chǎn)生較大的反向抑制，消除其干擾是實現(xiàn)泔腳產(chǎn)氫累積的