有机负荷对餐厨垃圾干式厌氧消化系统性能的影响

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1、有机负荷对餐厨垃圾干式厌氧消化系统性能的影响重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：覃亚宏指导教师：彭绪亚教授专业：环境科学与工程学科门类：工学重庆大学城市建设与环境工程学院二O一五年五月EffectofOrganicLoadingRateonProcessPerformanceinDryAnaerobicDigestionofFoodWasteAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementforMaster

2、’sDegreeofEngineeringByQinYahongSupervisedbyProf.PengXuyaSpecialty:EnvironmentalScienceandEngineeringFacultyofUrbanconstructionandEnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要餐厨垃圾具有有机含量高、含水率高和油脂含量高等特性，厌氧消化因为能有效降解餐厨垃圾，

3、而且能够回收其中生物质能，成为首选餐厨垃圾处理方式。餐厨垃圾的TS含量为21.73%~26.33%，采用干式厌氧消化处理餐厨垃圾时具有能耗低、反应器容积利用率高、进料有机负荷承受力高等优点。但是目前关于干式厌氧消化的研究较少，实际中采用干式厌氧消化的工程案例也鲜为人知。主要原因是厌氧消化系统的性能很难维持，其中进料有机负荷的作用尤为关键。本文将在不同有机负荷下长时间运行干式厌氧消化反应器，定期监测多种稳定性指标的变化，系统研究进料有机负荷对餐厨垃圾干式厌氧消化系统过程性能的影响，以期得到最佳进料有机负荷使厌氧

4、消化系统兼顾稳定性和高效性。本文以餐厨垃圾为底物进行中温(T=37℃)干式(TS=23.2%)厌氧消化试验，整个试验分为五个阶段，运行周期分别为45天、35天、25天、20天和15天，不同阶段对应的餐厨垃圾的实际进料有机负荷分别为3kgVS·m-3·d-1、4.1kgVS·m-3·d-1、5.5kgVS·m-3·d-1、6.8kgVS·m-3·d-1、8.5kgVS·m-3·d-1。每阶段监测厌氧消化系统液相的pH值、VFA浓度、碱度、氨氮浓度，气相中CH4含量、CO2含量、产气量，固相中TS、VS含量的变化

5、，据此对厌氧消化系统的稳定性进行评估。利用每个有机负荷下稳定期的产气量、甲烷产率和VS去除率的均值进行线性拟合，以此推出最佳进料有机负荷。试验中观察到如下现象：1）餐厨垃圾进行中温干式厌氧消化时，随着进料有机负荷的增加，液相中的VFA浓度逐渐增大，前四阶段VFA浓度从357mg·L-1增加至2942mg·L-1，当系统进料有机负荷提升到8.5kgVS·m-3·d-1时，挥发性脂肪酸浓度迅速增加到6640mg·L-1。2）液相中的碱度随着有机负荷的增加从2858mg·L-1增加到15280mg·L-1，在进料初

6、期，液相中碱度增速较快，当碱度超过10000mg·L-1后其增速变缓。3）液相中的氨氮浓度随着进料有机负荷的增加而增大，在厌氧消化初期，氨氮浓度从664mg·L-1增加到2728mg·L-1，且增速较快，当有机负荷高于5.5kgVS·m-3·d-1时，氨氮浓度增速减慢。当进料有机负荷为8.5kgVS·m-3·d-1时，液相中氨氮浓度迅速增加并超过4500mg/L，厌氧消化系统中可能出现氨氮抑制。根据试验现象得到如下结论：1）厌氧消化系统中，因为pH值受到多个指标影响，变化缓慢，不能及时反馈厌氧消化系统的稳定性

7、，相比之下VFA/TA比值的指示效果优于pH值。2）进料有机负荷低时，VFA/TA比值较小，低于0.35，当进料有机负荷达到8.5kgVS·m-3·d-1时，VFA/TA比值超过0.35，厌氧消化系统I重庆大学硕士学位论文中文摘要性能降低。3）厌氧消化过程中，系统的容积产气率变化范围为3.1L·L-1~6.6L·L-1，甲烷产率变化范围为4.2m3CH-13-14·kgVS~5.5mCH4·kgVS。4）根据拟合的容积产气量、甲烷产率、VS去除率对进料有机负荷的曲线可得，餐厨垃圾进行干式厌氧消化时的最佳进料有

8、机负荷为7kgVS·m-3·d-1。关键词：干式厌氧消化，有机负荷，餐厨垃圾，过程性能II重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTFoodwastewascharacterizedbyhighorganicloadingrate,highmoistureandhighfatcontent.Asagreentreatment,anaerobicdigestionstandsoutbecauseit