餐厨垃圾厌氧消化工艺优化及产甲烷特性分析

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1、东南大学硕．L学位论文源，并解决了白色污染问题。1．2．3．7发酵产氢国外对利用餐厨垃圾厌氧发酵产氢的报道较多。Lay纠业’圳分别利用由糖类、脂类、蛋白质类组成的有机垃圾在反应器中进行发酵产氢试验，结果表明糖类垃圾的产氢能力约为其余二者的20倍。韩国的Han及Kim等134，"l利用厌氧生物滤床对经过粉碎的餐厨垃圾厌氧发酵产氧进行了试验，研究了不同稀释率、物料投配比以及物料的总挥发性固体浓度对产氢的影响，认为餐厨垃圾是参加反应产生H2的主要物质，而经过加热预处理的厌氧污泥只是～种辅助添加物。研究指出在餐应f

2、垃圾与厌氧污泥的质量比为87：13及Vs浓度为3．O％的条件下，H2的产生率最高可达122．9mL／gCOD。Shin等136l研究了在连续式池窑反应器中利用嗜温、耐酸微生物产氢的实验参数，在有机负荷率为89VS／(L·d)、停留时间为5d以及pH值为5．5±0．1时，氢气的产生率为1．01molH2／(L·d)，产量为2．2molH2／tool己糖，碳水化合物分解效率为90％，并得出利用嗜温、耐酸微生物处理餐厨垃圾可以连续产氢的实验结论。1．2．3．8厌氧消化产沼气餐厨垃圾厌氧消化产沼气是餐厨垃圾在厌氧条

3、件下通过微生物的代谢活动而被稳定化，同时伴有甲烷和二氧化碳混合气体(沼气，biogas)的产生。从餐厨垃圾的特性米看，厌氧消化具有很大的优势。厌氧消化可以处理含I司率为100／旷25％的有机废物，而餐厨垃圾的含固率在15％～30％之间，适合厌氧消化，同时可回收利用沼气，沼液中的营养物质经适当处理后仍叮回收利用。国内外有关研究人员对餐厨垃圾厌氧消化的工艺和技术进行了一定的研究。李俊涛等Ij7】通过新鲜餐厨垃圾特性分析、脱水、最佳接种率、最佳含水率及最大有机负荷等一系列试验，得出在接种率80％、含水率90％及挥

4、发性【古l体负荷49．VS·L"l-d。的条件下，厌氧反应能顺利进行。张波p驯研究了pH对餐厨垃圾两相厌氧消化水解和酸化过程的影响，结果表明pH为7时，餐厨垃圾具有更高的水解率和酸化率，以总有机碳(TotalOrganicCarbon，TOC)和化学需氧量(ChemicalOxygenDemand，COD)表示的餐厨垃圾水解率在实验第9天分别达到86％和182％，挥发性脂肪酸(VolatileFattyAcid，VFA)产量是未调节pH时的2倍，且酸化产物中乳酸浓度低，VFA主要以乙酸和丁酸为主，丙酸很少。

5、由此控制pH为7可优化餐厨垃圾两相消化．T艺。餐厨垃圾厌氧消化产沼气与燃料电池发电组合系统的开发，最近尤为引人注目。日本神户已建成处理规模为6t／d的3000kW餐厨垃圾发电示范工程，将餐厨垃圾经厌氧发酵得到甲烷后，再经催化反应从甲烷中提取氢气，并供给燃料电池发电。哈尔滨工业大学研究人员目前正与日本有关专家合作进行餐厨垃圾的甲烷发酵与燃料电池发电系统的研究，拟开辟将废物变清沾能源的新途径【39

6、。综上所述，随着经济的发展、人民生活水平的日益提高以及城市环境管理强度的加大，专门对餐厨垃圾实施管理已势在必行，对

7、餐厨垃圾实行无害化、减量化、资源化管理具有迫切的需求。餐厨垃圾厌氧消化技术完全能够达到上述要求，因此，开发适合我国国情的、高效的餐厨垃圾厌氧消化技术亦迫在眉睫。1．3餐厨垃圾厌氧消化处理技术研究概况1．3．1厌氧消化的生化原理1⋯311概述厌氧消化是在厌氧环境下，多种微生物共同作用，将大分子有机物最终转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨等的过程。在此过程中，不同微生物的代谢过程相互影响、相互制约，形成复杂的生态系统。随着厌氧微生物学研究进展，人们对厌氧过程认识不断深化。从三十年代开始，厌氧消化过程被认为是由

8、不产甲烷的发酵性细菌和产甲烷细菌共同进行的两阶段过程14⋯。1979年，Bryant等14Ⅵ提出了厌氧消化的三阶段理论，该理论认为，产甲烷菌不能利用除乙酸、氢气、二氧化碳和甲醇等以外的中间产物，长链脂肪酸和醇类须经产氢产乙酸菌将其转化为能被产甲烷菌利用的物质。因此，三阶段理论在两阶段理论上增加了产氢产乙酸阶段。与此同时，Zeikusl421提出了四种群理论，认为复杂有机物厌氧消化过程主要由四种厌氧微生物参与：水解发酵菌似cidogens)、产氢产乙酸菌(Hydrogen-produeingaeetogens

9、)、同型产乙酸菌(Homoaeetogens)和产甲烷菌(Methanogens)。同型产乙酸菌可以利用H2／C02等转化为乙酸(一般数量很少)。目前，复杂有机物的厌氧降解过程一般分为四个阶段，由水解发酵菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌(又称耗氢产乙酸菌)和产甲烷菌四种主要种群参与其中一j，44】。其过程如图1．1所示：4第一章绪论厂复杂有机化合物、、＼(碳水化合物、蛋白质、脂类’／l水解阶段1简单溶解性有机物(糖